qsort函数排序数据 and 模拟实现qosrt函数（详解）

前言：内容包括使用库函数qsort排序任意类型的数据，模拟实现qsort函数（冒泡排序的逻辑）

我们先了解qsort函数的语法：qsort函数默认按照升序排序数据

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

qsort函数的头文件：

#include<stdlib.h>

qsort函数有4个参数：

第一个参数 void*base：指向待排序数组的第一个元素的指针

第二个参数 size_t num：待排序数组的元素个数 

第三个参数 size_t size： 待排序数组的每个元素的所占空间的大小，单位是字节

第四个参数  int (*compar)(const void*,const void*)：指向一个能够比较两个元素大小的函数，即一个函数指针，此函数需要使用者自己设计

由于设计qsort函数的人不知道 未来会是谁使用qsort函数排序哪种类型的数据，故而设计void*指针，从而能够接收任意类型数据的地址

比较两个元素大小的函数的设计规则：

 int (*compar)(const void*,const void*))

此函数的返回值：

返回值	意义
<0	第一个元素<第二个元素
0	第一个元素=第二个元素
>0	第一个元素>第二个元素

 part 1：qsort函数排序整型数据

#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 cmp_int(const void* p1, const void* p2)
{return *(int*)p1 - *(int*)p2; //升序//将指针p1和p2强制类型转换成int*类型，然后对其解引用//  *(int*)p2 - *(int*)p1 降序}int main()
{int arr[10] = { 5,7,3,9,1,4,6,2,8,10 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_int);Print(arr, sz);return 0;
}

由于qsort函数默认是升序排列的，若是想要降序排列，只需将p1的位置写成p2，p2的位置写成p1 

void*的指针不能直接解引用，和++，--操作，

需要将void*类型转成你需要的类型 

part 2：qsort函数排序浮点型数据

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void Print(float arr[], int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%f\n", arr[i]);}
}
int cmp_flo(const void* p1, const void* p2)
{if (*(float*)p1 - *(float*)p2 > 0.000000)//升序{return 1; // 第一个元素大于第二个元素// 降序：*(float*)p2 - *(float*)p1 > 0.000000}else if (*(float*)p1 - *(float*)p2 < 0.000000){return -1; //第一个元素小于第二个元素// 降序：*(float*)p2 - *(float*)p1 < 0.000000}else{return 0; //第一个元素等于第二个元素}
}
int main()
{float arr[] = { 1.2f,1.1f,1.8f };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_flo);Print(arr, sz);return 0;
}

降序排列需要将所有的p1写成p2，p2写成p1

part 3：qsort函数排序字符串

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int cmp_str(const void* p1, const void* p2)
{return strcmp((char*)p1, (char*)p2);//升序//降序：strcmp((char*)p2, (char*)p1)
}
int main()
{char arr[] = "ceadb";int len = strlen(arr);qsort(arr, len, sizeof(arr[0]), cmp_str);puts(arr); //结果是abcdereturn 0;
}

part 4：qsort函数排序字符串数组 

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
void Print(char* arr[], int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%s\n", arr[i]);}
}
int cmp_by_len(const void* p1, const void* p2)
{return strlen(*(char**)p1) - strlen(*(char**)p2);//升序//降序：strlen(*(char**)p2) - strlen(*(char**)p1)
}
int main()
{char* arr[] = { "san","yi","ling" };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_by_len);Print(arr, sz);return 0;
}

排序按照字符串的长度排序 

一级指针数据的地址需要二级指针来接收，故而需要将指针p1和p2强制转换成二级指针（char**)

part 5 qsort函数排序结构体数据 

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
struct Stu
{char name[10];int age;
};
/*int cmp_by_age(const void* p1, const void* p2)
{return ((struct Stu*)p1)->age - ((struct Stu*)p2)->age;
}
*/
int cmp_by_name(const void* p1, const void* p2)
{return strcmp(((struct Stu*)p1)->name, ((struct Stu*)p2)->name);
}
int main()
{struct Stu s[] = { {"zhangsan",30},{"lisi",15},{"wangwa",20} };int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);/*qsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_by_age);*/qsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_by_name);return 0;
}

结构体数据类型的排序需要首先确定按照什么来排序，这里设定一个学生类型包括：名字，年龄

故而我们有两种排序规则：其一：按照名字来排序，其二：按照年龄来排序 

 part 6：运用冒泡排序思维模拟实现qsort函数

void Swap(char* buf1, char* buf2,int width)
{int i = 0;for (i = 0; i < width; i++){char tmp = *buf1;*buf1 = *buf2;*buf2 = tmp;buf1++;buf2++;}
}void bubble_sort(void* base, size_t sz, size_t width, int(*cmp)(const void*, const void*))
{size_t i = 0;for (i = 0; i < sz - 1; i++){size_t j = 0;int flag = 1;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);flag = 0;}}if (flag == 1){break;}}
}

我设定模拟qsort函数功能的函数名为bubble_sort，按照升序排列数据

冒泡排序我就不详解了

base指针：指向待排序数组的第一个元素

sz：无符号数（即正数），代表待排序数据的个数

width：一个数据所占内存空间的大小，单位是字节

cmp指针：指向一个由使用者设计的能够比较两个元素大小的函数，即cmp是一个函数指针

flag：标记某一趟排序的数组是否已经有序

1 sz个数据，共需进行sz-1趟冒泡排序

2 一趟冒泡排序内部：

首先都假设此趟数据已经有序，flag=1，若是发生了交换，则将flag置为0，一趟冒泡排序结束后判断flag的值，若是flag仍为1，说明在这一趟冒泡排序中没有数据发生交换，则表明此组数据已经有序，结束循环，若是flag变成0，说明这一趟冒泡排序由数据发生交换，表明此组数据还未有序，继续下一趟冒泡排序

 a. 若是j为下标的元素>j+1为下标的元素，则需要交换

    交换：1 若是cmp函数（比较两个元素的大小）返回值>0：第一个元素大于第二个元素，交换

        2 使用char*指针，将两个元素一个字节一个字节地完成交换，这样能够交换任意类型的数据

将指向首元素的指针base强制转换成char*类型，这样一次能够跳过一个字节

可能会有疑惑为什么不降base指针转成其他类型的指针，比如int*

因为只有char*能够一次跳过一个字节，这样对于任意类型的数据都能进行操作

 要是转成int*类型的指针，一次能够跳过4个字节，不能够随意对非整型的数据进行操作

 

(char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width
base指针跳过j个大小为width字节的元素
base指针跳过（j+1）个大小为width字节的元素

可以联想普通的冒泡排序交换数组中两个数据的方法：交换arr[j]， arr[j+1]

Swap函数完成两个元素每一个字节的交换

void Swap(char* buf1, char* buf2,int width)
{int i = 0;for (i = 0; i < width; i++){char tmp = *buf1;*buf1 = *buf2;*buf2 = tmp;buf1++;buf2++;}
}

比如数字3和数字4进行交换：

若是小端存储：

03 00 00 00 04 00 00 00   

buf1指向03 buf2指向04，交换完一对字节后，分别++，指向下一对要交换的字节

对应的颜色进行交换 03和04交换……

下面是使用模拟实现qsort函数功能的函数排序整型数组：

int cmp_int(const void* p1, const void* p2)
{return *(int*)p1 - *(int*)p2;//这是升序//降序：*(int*)p2- *(int*)p1
}
// cmp_int 函数需要我们自己设计
void Print(int arr[], int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}
}void Swap(char* buf1, char* buf2,int width)
{int i = 0;for (i = 0; i < width; i++){char tmp = *buf1;*buf1 = *buf2;*buf2 = tmp;buf1++;buf2++;}
}
void bubble_sort(void* base, size_t sz, size_t width, int(*cmp)(const void*, const void*))
{size_t i = 0;for (i = 0; i < sz - 1; i++){size_t j = 0;int flag = 1;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);flag = 0;}}if (flag == 1){break;}}
}
int main()
{int arr[10] = { 3,6,1,7,2,8,10,9,4,5 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);bubble_sort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_int);Print(arr, sz);return 0;
}

当然你也可以使用自己模拟实现的qsort函数去排序其他类型的数据，比较不同类型元素大小的函数在上方都有