探索C语言标准库中的qsort函数

引言

        在C语言中，标准库提供了丰富的函数来支持各种操作，其中之一是qsort函数。这个函数是用于排序数组的利器，能够轻松地对一维数组、二维数组和结构体数组等不同类型的数据进行排序。本文将深入探讨qsort函数的使用，包括一维数组、二维数组和结构体数组的排序示例。

函数原型

qsort函数是C语言标准库中提供的一个用于排序数组的函数。它的原型如下：

void qsort(void *base, size_t nmemb, size_t size, int (*compar)(const void *, const void *));

1. base：

   指向要排序的数组的起始地址的指针。

2. nmemb：

   数组中元素的个数。

3. size：

   每个数组元素的大小（以字节为单位）。

4. compar：

   指向比较函数的指针。比较函数的原型应该是 int compar(const void *a, const void *b);
5. 比较函数返回值的解释：

   • 如果 a 大于 b，则返回正数。
   • 如果 a 等于 b，则返回零。
   • 如果 a 小于 b，则返回负数。

比较函数的编写

比较函数 compar 必须返回一个整数值，表示两个元素的大小关系。如果返回负数，表示第一个元素小于第二个；如果返回零，表示两个元素相等；如果返回正数，表示第一个元素大于第二个。

int compar(const void *p1, const void *p2)
{
    // 根据需求编写比较逻辑
}

一个简单的示例，演示如何使用qsort函数对整数数组进行排序：

#include 
#include 

// 比较函数
int compare(const void *a, const void *b) {
    return (*(int*)a - *(int*)b);
}

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};//初始化
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//计算长度

    printf("原始数组：");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }

    // 使用qsort函数进行排序
    qsort(arr, n, sizeof(int), compare);//sizeof(int) -- 计算元素长度

    printf("\n排序后数组：");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }

    return 0;
}

• 声明了一个整数数组arr，包含了一些无序的整数。
• 打印原始数组。
• 调用qsort函数对数组进行排序。函数参数依次为数组首地址，数组元素个数，每个元素的大小（字节数），以及比较函数的地址。

结果打印：

原始数组：64 34 25 12 22 11 90
排序后数组：11 12 22 25 34 64 90

其他场景

当使用qsort函数对一维数组、二维数组和结构体数组进行排序时，关键是提供适当的比较函数。以下是对这三种情况的例子：

1. 一维数组排序：

#include 
#include 

int compareInt(const void *a, const void *b) {
    return (*(int*)a - *(int*)b);
}

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    printf("原始数组：");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }

    qsort(arr, n, sizeof(int), compareInt);

    printf("\n排序后数组：");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }

    return 0;
}

2. 二维数组排序：

#include 
#include 

// 比较函数
int compareRow(const void *a, const void *b) {
    // 这里假设二维数组的每一行都有相同的列数
    return (*(int*)a - *(int*)b);
}

int main() {
    int arr[][3] = {{1, 3, 2}, {7, 5, 6}, {4, 8, 9}};
    int rows = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    int cols = sizeof(arr[0]) / sizeof(arr[0][0]);

    printf("原始二维数组：\n");
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", arr[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    qsort(arr, rows, sizeof(arr[0]), compareRow);

    printf("\n排序后二维数组：\n");
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", arr[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    return 0;
}

3. 结构体数组排序：

#include 
#include 
#include 

// 定义结构体
struct Student {
    char name[50];
    int age;
};

// 比较函数
int compareStudent(const void *a, const void *b) {
    return strcmp(((struct Student*)a)->name, ((struct Student*)b)->name);
}

int main() {
    struct Student students[] = {{"Alice", 20}, {"Bob", 18}, {"Charlie", 22}};
    int n = sizeof(students) / sizeof(students[0]);

    printf("原始结构体数组：\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%s %d\n", students[i].name, students[i].age);
    }

    qsort(students, n, sizeof(struct Student), compareStudent);

    printf("\n排序后结构体数组：\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%s %d\n", students[i].name, students[i].age);
    }

    return 0;
}

qsort函数是C语言标准库中一个强大的排序工具，通过灵活的比较函数，我们可以对各种类型的数组进行排序，包括一维数组、二维数组和结构体数组。