C语言需要掌握的基础知识点之排序

傻童:CPU2025-10-24 7:05

C语言需要掌握的基础知识点之排序

C语言中常见的排序算法包括冒泡排序、选择排序、插入排序、快速排序、归并排序等。

1. 使用标准库函数 qsort

C标准库提供了快速排序函数 qsort()，位于 <stdlib.h> 头文件中。

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 比较函数 - 升序
int compareAsc(const void *a, const void *b) {
    return (*(int*)a - *(int*)b);
}

// 比较函数 - 降序
int compareDesc(const void *a, const void *b) {
    return (*(int*)b - *(int*)a);
}

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    
    printf("原数组: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
    
    // 升序排序
    qsort(arr, n, sizeof(int), compareAsc);
    
    printf("升序排序后: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
    
    // 降序排序
    qsort(arr, n, sizeof(int), compareDesc);
    
    printf("降序排序后: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

对字符串数组排序

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// 字符串比较函数
int compareStrings(const void *a, const void *b) {
    return strcmp(*(const char**)a, *(const char**)b);
}

int main() {
    char *names[] = {"John", "Alice", "Bob", "David", "Carol"};
    int n = sizeof(names) / sizeof(names[0]);
    
    printf("原字符串数组: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%s ", names[i]);
    }
    printf("\n");
    
    qsort(names, n, sizeof(char*), compareStrings);
    
    printf("排序后: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%s ", names[i]);
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

2. 常见排序算法的自定义实现

冒泡排序 (Bubble Sort)

冒泡排序通过重复地遍历要排序的数列，一次比较两个元素，如果它们的顺序错误就把它们交换过来。遍历数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。

c 复制代码 
#include <stdio.h>

void bubbleSort(int arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n-1; i++) {
        for (int j = 0; j < n-i-1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j+1]) {
                // 交换 arr[j] 和 arr[j+1]
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j+1];
                arr[j+1] = temp;
            }
        }
    }
}

void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
}

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    bubbleSort(arr, n);
    printf("排序后的数组: \n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

选择排序 (Selection Sort)

选择排序是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是：首先在未排序序列中找到最小（大）元素，存放到排序序列的起始位置，然后再从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到所有元素均排序完毕。

c 复制代码 
#include <stdio.h>

void selectionSort(int arr[], int n) {
    int i, j, min_idx;

    for (i = 0; i < n-1; i++) {
        min_idx = i;
        for (j = i+1; j < n; j++)
            if (arr[j] < arr[min_idx])
                min_idx = j;

        // 交换找到的最小元素和第一个元素
        int temp = arr[min_idx];
        arr[min_idx] = arr[i];
        arr[i] = temp;
    }
}

void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
}

int main() {
    int arr[] = {64, 25, 12, 22, 11};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    selectionSort(arr, n);
    printf("排序后的数组: \n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

插入排序 (Insertion Sort)

插入排序的工作方式像排序一手扑克牌。开始时，我们的左手为空并且桌子上的牌面向下。然后，我们每次从桌子上拿走一张牌并将它插入左手中正确的位置。为了找到一张牌的正确位置，我们从右到左将它与已在手中的每张牌进行比较。

c 复制代码 
#include <stdio.h>

void insertionSort(int arr[], int n) {
    int i, key, j;
    for (i = 1; i < n; i++) {
        key = arr[i];
        j = i - 1;

        // 将arr[0..i-1]中大于key的元素向后移动
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            j = j - 1;
        }
        arr[j + 1] = key;
    }
}

void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
}

int main() {
    int arr[] = {12, 11, 13, 5, 6};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    insertionSort(arr, n);
    printf("排序后的数组: \n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

快速排序 (Quick Sort)

快速排序使用分治法（Divide and conquer）策略来把一个序列（list）分为两个子序列（sub-lists）。步骤为：

  • 从数列中挑出一个元素，称为"基准"（pivot）。
  • 重新排序数列，所有比基准值小的元素摆放在基准前面，所有比基准值大的元素摆在基准后面（相同的数可以到任一边）。在这个分区结束之后，该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区（partition）操作。
  • 递归地（recursively）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。
c 复制代码 
#include <stdio.h>

// 交换两个元素
void swap(int* a, int* b) {
    int t = *a;
    *a = *b;
    *b = t;
}

// 分区函数，将数组分为两部分，并返回基准值的索引
int partition(int arr[], int low, int high) {
    int pivot = arr[high];  // 选择最后一个元素作为基准
    int i = (low - 1);      // 小于基准的元素的索引

    for (int j = low; j <= high - 1; j++) {
        // 如果当前元素小于或等于基准
        if (arr[j] <= pivot) {
            i++; // 增加小于基准的元素的索引
            swap(&arr[i], &arr[j]);
        }
    }
    swap(&arr[i + 1], &arr[high]);
    return (i + 1);
}

// 快速排序函数
void quickSort(int arr[], int low, int high) {
    if (low < high) {
        // pi是分区索引，arr[pi]现在在正确的位置
        int pi = partition(arr, low, high);

        // 分别对分区的前后两部分进行排序
        quickSort(arr, low, pi - 1);
        quickSort(arr, pi + 1, high);
    }
}

void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
}

int main() {
    int arr[] = {10, 7, 8, 9, 1, 5};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    quickSort(arr, 0, n-1);
    printf("排序后的数组: \n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

归并排序 (Merge Sort)

归并排序是建立在归并操作上的一种有效的排序算法。该算法是采用分治法（Divide and Conquer）的一个非常典型的应用。将已有序的子序列合并，得到完全有序的序列；即先使每个子序列有序，再使子序列段间有序。

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 合并两个子数组 arr[l..m] 和 arr[m+1..r]
void merge(int arr[], int l, int m, int r) {
    int i, j, k;
    int n1 = m - l + 1;
    int n2 = r - m;

    // 创建临时数组
    int L[n1], R[n2];

    // 复制数据到临时数组 L[] 和 R[]
    for (i = 0; i < n1; i++)
        L[i] = arr[l + i];
    for (j = 0; j < n2; j++)
        R[j] = arr[m + 1 + j];

    // 合并临时数组回 arr[l..r]
    i = 0; // 初始化第一个子数组的索引
    j = 0; // 初始化第二个子数组的索引
    k = l; // 初始合并子数组的索引
    while (i < n1 && j < n2) {
        if (L[i] <= R[j]) {
            arr[k] = L[i];
            i++;
        } else {
            arr[k] = R[j];
            j++;
        }
        k++;
    }

    // 复制 L[] 的剩余元素
    while (i < n1) {
        arr[k] = L[i];
        i++;
        k++;
    }

    // 复制 R[] 的剩余元素
    while (j < n2) {
        arr[k] = R[j];
        j++;
        k++;
    }
}

// 归并排序函数
void mergeSort(int arr[], int l, int r) {
    if (l < r) {
        // 相同于 (l+r)/2，但避免溢出
        int m = l + (r - l) / 2;

        // 排序第一和第二半
        mergeSort(arr, l, m);
        mergeSort(arr, m + 1, r);

        merge(arr, l, m, r);
    }
}

void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
}

int main() {
    int arr[] = {12, 11, 13, 5, 6, 7};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);

    printf("给定数组: \n");
    printArray(arr, n);

    mergeSort(arr, 0, n - 1);

    printf("\n排序后的数组: \n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}


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