qsort排序&qsort排序模拟实现

        摘要：qsort—>quickly sort，即快速排序。qsort是属于c语言标准库的一个库函数，可以实现所有类型的排序。本文的qsort模拟排序不是基于快速排序，而是基于冒泡排序思想。

1.qsort排序的使用

        先了解什么是qsort库函数，以下给出网站cplusplus网站的解释：

        https://cplusplus.com/reference/cstdlib/qsort/?kw=qsort

        由上可得，qsort传入的参数类型为：

void qsort(
			void* base,
			size_t num,
			size_t size,
			int (*compar)(const void* p1,const void* p2)
)

        由传入的参数可知，我们需要传入四个参数，其中分别为： 

        void* base：待排序的数组的起始位置（因为不知道传入需要排序的参数为什么，所以定义为void）；

        size_t num：待排序的数组的元素个数；

        size_t size：待排序的数组的元素大小；

        int (*compar)(const void* p1,const void* p2)：一个函数指针，指向的函数是用来比较待排序的两个元素的，p1指向第一个元素，p2指向第二个元素。

        先给出一个qsort的排序实例：

        通过以上例子，我们成功将乱序的数组，排序成为升序的数组（若要排成降序，可以将compare内的返回值中相减的顺序调换），由上图可得，我们将数组首地址（待排序数组起始位置）传入qsort中，还有元素个数，以及一个元素的大小，还有compare函数。 

        对于前三个参数没什么难度，关键是compare函数，为什么需要将第一个值减去第二个值返回呢？因为在qsort内部，需要知道，哪个数更大，qsort将更大的数排在后面(相对而言，交换位置，则排序方式也相反）。那么关于compare函数怎么使用呢？因为compare函数是由我们自己设定，所以需要我们自己返回我们想要排序的相关元素类型的相减的值，如上图，我们需要排序的数组的元素类型为 int ，所以将void*的元素类型，强制转换为int*的元素类型在解引用，但如果我们想排序其他类型的元素呢？以下给出一些实例：

#include 
#include 
#include 

typedef struct Stu {
	char name[20];
	int age;
	int ID;
}stu;

void Print(stu* students,int sz) {
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++) {
		printf("%s %d %d\n", students[i].name, students[i].age, students[i].ID);
	}
}

int compare_by_name(const void* ptr1, const void* ptr2) {
	int ret = strcmp((*(stu*)ptr1).name , (*(stu*)ptr2).name);
	return ret;
}

int compare_by_age(const void* ptr1, const void* ptr2) {
	return (*(stu*)ptr1).age - (*(stu*)ptr2).age;
}

int main() {
	stu students[3] = { {"zhangsan",20,3},{"lisi",18,1},{"wangwu",30,2} };
	int sz = sizeof(students) / sizeof(students[0]);
	int width = sizeof(students[0]);
	printf("按照名字排序（升序）：\n");
	qsort(students, sz, width, compare_by_name);
	Print(students, sz);
	printf("按照年龄排序（升序）：\n");
	qsort(students, sz, width, compare_by_age);
	Print(students, sz);
	return 0;
}

        以上所写代码，包括按照结构体中字符型进行排序，同样也包括按照结构体中整型进行排序，以下是调试结果：

        对于其中的按照年排序，我们直接返回他们相减的值就可以了，但是对于字符串类型的排序，我们就不可以直接加减，因为字符串之间是不可以进行加减的。所以这时候我们需要引入另一个库函数 strcmp 这个库函数可以比较两个字符串之间的大小（不是比较字符串长度），通过比较每一位上的元素的ascII码值，比如abcdef 与 abcdd，在前四位都是一样的，但是在第五位e的ASCII码值大于d，所以返回的值大于0，若小于，返回的值小于0，等于则返回0，这和我们qsort函数所需值一样，只需要大于，小于，等于0即可。 

2.qsort的模拟实现

        接下来将实现qsort基于冒泡排序的实现，所以我们是在冒泡排序的基础上修改。以下是冒泡排序算法（因不是重点，就不解释冒泡排序了）：

//冒泡排序
void bubble_sort(int* arr, int length) {
	int i = 0;
	for (i = 0; i < length-1; i++) {
		int j = 0;
		for (j = 0; j < length - 1 - i; j++) {
			int temp = arr[j];
			arr[j] = arr[j + 1];
			arr[j + 1] = temp;
		}
	}
}

        先给出基于冒泡排序算法的qsort排序 ：

void swap(char* p1, char* p2,size_t width) {
	int i = 0;
	for (i = 0; i < width; i++) {
		char temp = *p1;
		*p1 = *p2;
		*p2 = temp;
		p1++;
		p2++;
	}
}

void bubble_qsort(void* base, size_t length, size_t width, int (*compare)(const void* p1, const void* p2)) {
	int i = 0;
	for (i = 0; i < length - 1; i++) {
		int j = 0;
		for (j = 0; j < length - i - 1; j++) {
			if (compare((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width) > 0) {
				swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);
			}
		}
	}
}

        对于以上函数，思想和冒泡排序一致，不过改变的是冒泡排序传入的参数以及交换值的方式。现在我们来对代码进行解释。

        对于冒泡qsort函数，我们传入需要排序数组的首地址，数组长度，元素大小和比较函数。在长度和元素大小便利我们将每一个值都进行遍历，然而compare函数便于我们得出第一个元素大还是第二个元素。但是在传入compare函数中的参数值时，我们需要将base强制类型转换为char*，因为char*的地址大小为一个字节，当char*的地址，加上一个元素的宽度的时候，其实就是跳过这个元素地址，这样可以达到：不管是什么样的元素，我们都可以进行遍历。

        对于swap函数，我们将上述compare传入参数同样传入swap中去，直接在swap传入参数的地方就将元素类型给强制转换为char*类型，便于我们实现一个字节一个字节的交换值，既然是交换元素大小，所我们需要传入元素的大小，然后进行循环遍历。

        以下是程序调试结果：