CPrimer Plus第十六章C预处理器和C库总结2-qsort函数

一.qsort函数

1.功能：对任意类型的数组进行排序
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void qsort(void *base, size_t nmemb, size_t size,
           int (*compar)(const void *, const void *));
void *base:指向要排序的数组的起始地址 （第一个元素的地址）

类型是 void *（通用指针），这意味着 qsort可以处理任何数据类型的数组

size_t nmemb:数组中元素的数量

size_t size: 数组中每个元素的大小 （以字节为单位）

使用 sizeof(数组元素类型)或 sizeof(array[0])来获取

int (*compar)(const void *, const void *)这是一个函数指针 ，指向用户提供的比较函数

这个函数决定了排序的顺序（升序、降序、按特定规则）

它接受两个 const void *参数（指向要比较的两个元素的指针）

它返回一个 int值，表示两个元素的比较结果

2.核心：比较函数 compar

函数签名必须匹配
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int your_comparison_function_name(const void *a, const void *b);
参数 a和 b是指向数组中两个待比较元素的指针

使用 const void *是为了保证函数不会修改原始数据，并且 qsort可以传递任何类型的指针

返回值必须是 int

返回值规则：
如果 a指向的元素 应该排在 b指向的元素 前面 ，则返回一个 负数 (通常用 -1表示)
如果 a指向的元素 等于 b指向的元素，则返回 0
如果 a指向的元素 应该排在 b指向的元素 后面 ，则返回一个 正数 (通常用 1表示)
简单记忆： a - b返回负、零、正，对应 a排在 b前、相等、后

3.示例 1：对 int数组升序排序
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int compare_ints_asc(const void *a, const void *b) {
    // 1. 将 void* 转换为 int*
    const int *ia = (const int *)a;
    const int *ib = (const int *)b;

    // 2. 比较值并返回结果
    // 升序：a - b
    return (*ia - *ib);
    // 更严谨的写法（避免整数溢出）：
    // if (*ia < *ib) return -1;
    // else if (*ia > *ib) return 1;
    // else return 0;
}
解释： *ia - *ib如果 ia的值小，结果是负数，表示 ia应该排在 ib前面（升序）。如果 ia的值大，结果是正数，表示 ia应该排在 ib后面（升序）。相等则返回 0
注意： 直接使用 *ia - *ib在值非常大时可能导致整数溢出（例如 INT_MIN - 1）。更安全的方式是使用 if语句进行显式比较

4.示例 2：对 int数组降序排序
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int compare_ints_desc(const void *a, const void *b) {
    const int *ia = (const int *)a;
    const int *ib = (const int *)b;
    // 降序：b - a
    return (*ib - *ia);
    // 安全写法：
    // if (*ib < *ia) return -1; // b < a, 我们希望 b 排前面？不，降序需要 b > a 才排前面
    // else if (*ib > *ia) return 1; // b > a, 我们希望 b 排后面？不
    // else return 0;
    // 更清晰的降序写法：
    if (*ia > *ib) return -1; // a > b, 我们希望 a 排前面 -> 返回负
    else if (*ia < *ib) return 1; // a < b, 我们希望 a 排后面 -> 返回正
    else return 0;
}
解释： 要降序，只需反转比较结果。*ib - *ia如果 ib的值小（即 ia的值大），结果是负数，表示 ia应该排在 ib前面（符合降序：大数在前）。如果 ib的值大（即 ia的值小），结果是正数，表示 ia应该排在 ib后面（符合降序：小数在后）。同样可以使用 if语句显式控制

5.示例 3：对 char *数组（字符串数组）按字典序升序排序
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#include <string.h> // 需要 strcmp

int compare_strings_asc(const void *a, const void *b) {
    // 1. 将 void* 转换为 char** (因为数组元素是 char*, 所以指针是指向 char* 的指针)
    const char **str_a = (const char **)a;
    const char **str_b = (const char **)b;

    // 2. 使用 strcmp 比较字符串
    return strcmp(*str_a, *str_b);
}
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return strcmp(*(const char **)a, *(const char **)b);
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6.对结构体数组按特定字段排序
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struct Person {
    char name[50];
    int age;
    float height;
};
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        按 age升序排序：
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int compare_person_by_age_asc(const void *a, const void *b) {
    const struct Person *pa = (const struct Person *)a;
    const struct Person *pb = (const struct Person *)b;

    // 比较 age 字段
    if (pa->age < pb->age) return -1;
    else if (pa->age > pb->age) return 1;
    else return 0;
    // 或者更简洁（注意可能的溢出）：
    // return (pa->age - pb->age);
}
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        按 name字段字典序升序排序
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int compare_person_by_name_asc(const void *a, const void *b) {
    const struct Person *pa = (const struct Person *)a;
    const struct Person *pb = (const struct Person *)b;

    // 直接比较结构体内的 name 字符数组
    return strcmp(pa->name, pb->name);
}
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按 height降序排序，若 height相同则按 age升序排序：
     
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int compare_person_by_height_desc_age_asc(const void *a, const void *b) {
    const struct Person *pa = (const struct Person *)a;
    const struct Person *pb = (const struct Person *)b;

    // 先比较 height (降序)
    if (pa->height > pb->height) return -1; // pa 更高，我们希望 pa 排前面 -> 返回负
    else if (pa->height < pb->height) return 1; // pa 更矮，我们希望 pa 排后面 -> 返回正
    else {
        // height 相等，再按 age 升序
        return (pa->age - pb->age); // 升序直接减
    }
}
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7.原地排序： qsort直接修改传入的数组 (base)，是原地排序算法。原始数组的顺序会被改变。