『C语言进阶』qsort函数及模拟实现

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前言

在上篇指针进阶中，我们对函数指针、函数指针数组、函数指针数组指针以及回调函数有了一定的了解，文章末尾简单的对qsort函数进行了展示，今天我们主要以qsort函数用冒泡排序的模拟实现以及各种类型的排序，后面针对指针和数组一些细节上的讲解~

一、qsort函数介绍

qsort是一个库函数，快速排序的方法来实现的，头文件是<stdlib.h>
qsort库函数：
void qsort( void *base, size_t num, size_t size, int (*compare )(const void *, const void *) );
传入的参数，一个是指针，一个整形，一个整形，一个函数指针；
base 数组首元素（就是数组名），num数组里有多少个元素，size每个元素的大小（单位是字节），compare指向数组中比较方式的函数指针；

功能介绍：

使用函数确定顺序，对指向的数组的元素进行排序，每个元素的长度以字节为单位。
此函数使用的排序算法通过调用指定的函数(要自己定义元素比较方式函数传给qsort)并将指向元素的指针作为参数来比较元素.
该函数不返回任何值，而是通过按定义重新排序数组元素来修改指向的数组的内容。

二、qsort函数的应用

由于使用qsort函数时，并不知道要排序的元素是什么类型，这时需要写一个compare函数，并对立面的参数强制类型转化

2.1 整型数组排序

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void Print(int arr[], int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}
}int com_int(const void* e1, const void* e2)
{return *(int*)e1 - *(int*)e2;
}int main()
{int arr[] = { 1,3,7,5,8,9,0,2,4,6 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), com_int);Print(arr, sz);return 0;
}

运行结果：

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

2.2 浮点型数组排序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void Print(double arr[], int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%2.2lf ", arr[i]);}
}
int com_double(const void* e1, const void* e2)
{return *(double*)e1 - *(double*)e2;
}
int main()
{double arr[6] = { 8.26, 65.5,	73.53,	43.45,	95.3,	19.5 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), com_double);Print(arr, sz);return 0;
}

运行结果：

8.26 19.50 43.45 65.50 73.53 95.30

2.3 字符型排序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void Print(char arr[],int sz)
{for (int i = 0; i < sz; i++)printf("%c ", arr[i]);
}
int char_sort(const void* e1, const void* e2)
{return (*(char*)e1) - (*(char*)e2);
}
int main()
{char arr[10] = { 'd','g','b','a','e','i','h','c','j','f' };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), char_sort);Print(arr, sz);return 0;
}

运行结果：

a b c d e f g h i j

2.4 结构体数组排序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef struct student
{char name[15];int age;float score;
}S;void Print(struct student* stu,int sz)
{for (int i = 0; i < sz; i++){printf("%-12s %-5d %-5.2fm\n", stu[i].name, stu[i].age, stu[i].score);}
}int com_age(const void* e1, const void* e2)
{return (((S*)e1)->age - ((S*)e2)->age);
}int com_score(const void* e1, const void* e2)
{return ((S*)e1)->score - ((S*)e2)->score;
}int com_name(const void* e1, const void* e2)
{return strcmp(((S*)e1)->name, ((S*)e2)->name);
}int main()
{S stu[5] = { {"chu jie niu",20,1.73f},{"xiao wang",19,1.68f},{"qing niao",21,1.59f},{"wao shu li",16,1.83f},{"peng hu wan",15,1.81f} };int sz = sizeof(stu) / sizeof(stu[0]), input = 0;qsort(stu, sz, sizeof(stu[0]), com_age);printf("姓名	    年龄   身高\n");Print(stu, sz);return 0;
}

运行结果：

姓名        年龄   身高
peng hu wan  15    1.81 m
wao shu li   16    1.83 m
xiao wang    19    1.68 m
chu jie niu  20    1.73 m
qing niao    21    1.59 m

三、qsort模拟实现(冒泡排序)

3.1 冒泡排序

#include <stdio.h>
void Print(int arr[], int sz)
{for (int i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}
}
void bubble_sort(int arr[],int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz - 1; i++){int j = 0;for (j = 0; j < sz - i - 1; j++){if (arr[j] > arr[j + 1]){int tmp = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = tmp;}}}
}
int main()
{int arr[] = { 5,3,7,6,1,8,9,2,4,0 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);bubble_sort(arr,sz);Print(arr, sz);return 0;
}

3.2 qsort模拟实现

第一步：冒泡函数的参数
首先要修改的是冒泡排序函数的参数
void bubble_sort(void* arr,size_t num,size_t width,int(*compare)(const void*,const void*))
需要注意的是qsort函数事先是不知道传过来的数组是什么类型，所以都先用void*接受

第二步：比较元素的方法
在对两元素比较时，事先是不知道类型的

要先将arr强制类型转化为char*，因为一个字节是类型的最小单位，这时候就需要用到width了
元素的比较方式不再是单一的相减，这里用到自定义函数，元素的比较方式函数

if(cmp((char*)arr+jwidth),(char)arr+(j+1)*width)>0)

第三步：交换函数
修改为char*类型进行交换

swap(char* e1, char* e2, int width)
{int i = 0;char p = 0;for (i = 0; i < sz; i++){p = *(e1 + i);*(e1 + i) = *(e2 + i);*(e2 + i) = p;}
}

注意：
void*可以接受任何类型的变量，但是并不能直接使用，要强制类型转化为对应类型使用

代码展示：

#include <stdio.h>
void Print(int arr[], int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}
}void swap(char* e1, char* e2, int width)
{int i = 0;char p = 0;for (i = 0; i < width; i++){p = *(e1 + i);*(e1 + i) = *(e2 + i);*(e2 + i) = p;}
}void bubble_sort(void* base, int sz, int width, int (*cmp)(const void* e1, const void* e2))
{int i = 0;int j = 0;for (i = 0; i < sz; i++){for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++){if (cmp((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width) > 0){swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);//一个字节一个字节的交换}}}
}int com_int(const void* e1, const void* e2)
{return *(int*)e1 - *(int*)e2;
}
int main()
{int arr[] = { 1, 3, 6, 2, 0, 9, 4, 8, 5, 7 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);bubble_sort(arr, sz, sizeof(arr[0]), com_int);Print(arr, sz);return 0;
}