快速排序和qsort函数详解详解qsort函数

  💕是非成败转头空，青山依旧在，几度夕阳红💕

作者：Mylvzi 

 文章主要内容：快速排序和qsort函数详解 

前言：

我们之前学习过冒泡排序，冒泡排序尽管很方便，但也存在一些局限性，冒泡排序只能排序整型数据，对于浮点型的数据以及结构体数据的排序无能为力，但是在C语言的库中，有一个库函数能够实现这样的排序-->qsort函数 

qsort函数其实是一种基于快速排序的算法，其时间复杂度为O(N*logN),下面带大家了解一下快速排序算法：

一.快速排序：QuickSort 

分析： 

 可以知道，快速排序的核心在于“分区操作”，即每次都要根据基准元素进行分区；

代码实现：

//QuickSort  排序  的实现
//找基准元素，分区，递归，合并//交换函数
void Swap(int* a, int* b)
{int tmp = *a;*a = *b;*b = tmp;
}//分割函数：以基准元素为轴，分而治之
int Partition(int arr[], int left, int right)//返回值：基准元素的下标
{//设置默认基准元素int pivot = arr[right];int i = left-1;//将小于基准元素的值放在左边，i是左子数组的下标//遍历数组，移动元素for (int j = left; j <= right; j++){if (arr[j] < pivot)//小于，就放到左边,交换值{i++;Swap(&arr[i], &arr[j]);}}//将基准元素置于轴Swap(&arr[i + 1], &arr[right]);return i + 1;
}void QuickSort(int arr[], int left, int right)//left左下标  right右下标
{if (left < right){//找到基准元素的下标int PivotIndex = Partition(arr, left, right);//对左子数组进行递归分区QuickSort(arr, left, PivotIndex - 1);//对右子数组进行递归分区QuickSort(arr, PivotIndex + 1, right);}}int main()
{int arr[] = { 6, 3, 8, 5, 2, 7, 4 };int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//打印原数组printf("Original array: ");for (int i = 0; i < n; i++) {printf("%d ", arr[i]);}// 调用快速排序函数对数组进行排序QuickSort(arr, 0, n-1);//打印排序之后的数组printf("\nSorted array: ");for (int i = 0; i < n; i++) {printf("%d ", arr[i]);}return 0;
}

验证：

 

优化QuickSort: 

优化一：

缺陷：选取的pivot如果是整个序列的中间值，在第一次partition之后，会得到一个较为平均的分区，处理这样的分区更加简单，效率更高（处理4 4比处理1 8更简单）

解决方法：利用三数取中法使我的pivot是中间值的概率更高

得到数组左中右下标的数据，使pivot为中间值

    //设置默认基准元素int pivot;//优化一：三数取中法优化pivot的取值（处理4 4比处理1 8简单）//不能固定取同一位置的元素为pivotint m = left+ (right - left) / 2;if (arr[left] < arr[right])//保证右边元素较小{Swap(&arr[left], &arr[right]);}if (arr[left] < arr[m])//保证中间元素较小{Swap(&arr[m], &arr[right]);}if (arr[m] > arr[right])//保证右边元素是中间值{Swap(&arr[m], &arr[left]);}pivot = arr[right];//将左中右三个元素的中间值赋给pivot

 

二.基于快速排序的函数-->qsort函数

原型：

代码1：比较整形数据 

//qsort函数
//快速的排序算法，适用于不同的数据类型
//void qsort(
//	void* base,//需要被排序的数组（首地址）
//	size_t num,//数组元素个数
//	size_t size,//元素类型大小
//	int(*cmp)(const void* ptr1, const void* ptr2)//比较函数
//	//ptr1 >ptr2 返回>0  交换位置  默认是升序排序的
//);//利用qsort函数进行冒泡排序
int cmp_int(const void* ptr1, const void* ptr2)
{//默认是升序排序的//结果>0,就会交换位置return (*(int*)ptr1 - *(int*)ptr2);//降序-->添加负号/*return -(*(int*)ptr1 - *(int*)ptr2);*/
}int main()
{int arr[6] = { 4,25,6,78,534,94 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);qsort(arr, 6, sizeof(arr[0]), cmp_int);//打印输出排序后的数组int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}return 0;
}

 代码2：比较结构体数据

typedef struct Stu
{char name[20];int age;
}Stu;/*按年龄排序*/
int cmp_by_stu_age(const void* ptr1, const void* ptr2)
{return ((struct Stu*)ptr1)->age - ((struct Stu*)ptr2)->age;
}void test()
{Stu arr[3] = { {"zhangsan",13},{"lisi",5},{"wangwu",18} };//按年龄排序int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_by_stu_age);}/*按照姓名排序*/
int cmp_stu_by_name(const void* ptr1, const void* ptr2)
{return strcmp(((Stu*)ptr1)->name, ((Stu*)ptr2)->name);
}
void test2()
{Stu arr[3] = { {"zhangsan",13},{"lisi",5},{"wangwu",18} };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_stu_by_name);
}//排序结构体
int main()
{//test();test2();return 0;
}

代码3：利用冒泡排序的思想模拟实现qsort函数

//利用冒泡排序的思想模拟qsort函数
//模仿qsort的参数
//未知类型数组-->void* base  -->起始地址
//元素个数-->int num
//未知类型-->int size
//比较函数-->将需要比较的数据传递给cmp函数，根据其返回值判断是否需要交换位置//如果返回值>0，就交换元素位置（一个一个字节交换）
void Swap(char* buf1, char* buf2,int size)
{int i = 0;for (i = 0; i < size; i++){int tmp = *buf1; *buf1 = *buf2; *buf2 = tmp;buf1++;buf2++;}}
void bubble_sort(void* base, int num, int size, int(*cmp)(const void* ptr1, const void* ptr2))
{//基本逻辑不变，两两比较，一次确定一个元素的位置int i = 0;//趟数  sz-1趟int j = 0;//每次需要比较的元素个数for (i = 0; i < num - 1; i++){for (j = 0; j < num - 1 - i; j++)  {                                                           //初始地址if (cmp((char*)base + j * size, (char*)base + (j+1) * size) > 0)//比较的的是前后两个元素的地址的数据-->计算地址-->(char*)base+j*size-->返回值>0,就交换{//前面的元素>后面元素就交换位置Swap((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size, size);}}}
}int main()
{int arr[6] = { 4,25,6,78,534,94 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);qsort(arr, 6, sizeof(arr[0]), cmp_int);for (int i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}return 0;
}