深度剖析C语言库函数之强大的排序函数qsort并且模拟实现

换一颗红豆

发布于 2024-12-20 10:57:38

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1.qsort的定义

学习之前首先我们来看一下C语言标准库给出的定义

qsort函数的头文件是<stdlib.h>

Sort elements of array 表示qsort的功能是排序数组的元素，不难发现它的返回类型为void 接下来我们来仔细分析下它的四个参数：

第一个参数是指针base，指向要被排序的数组中第一个元素，也就是数组名。类型为void*

第二个参数为num，表示排序的数组中的元素个数，类型是sizt_t

第三个参数是size，表示排序数组中一个元素的字节大小，类型同样是size_t

前三个参数不用过多解释，最后一个参数我们重点讲解一下！

最后一个参数compar：是使用者传过来的一个函数指针指向用来比较两个元素的函数 这个函数被qsort反复调用以比较两个元素。应遵循以下原型:

Int (const void* p1, const void* p2); 函数参数为两个void*类型的指针p1和p2

这里需要注意void*类型的指针不能直接解引用，需要强制类型转换为对应的类型在解引用！

函数返回类型为int，通过函数的返回值来对数组元素进行排序。根据返回值有下列排序情况

<0 p1所指向的元素在p2所指向的元素之前 =0 p1指向的元素和p2指向的元素是等价的 >0 p所指向的元素在p2所指向的元素之后

2.不同类型参数下compar函数的返回值问题

int 类型：

int int_cmp(const void* p1, const void* p2)
{
	return (*(int*)p1 - *(int*)p2);
}

char类型：

int char_cmp(const void* p1, const void* p2)
{
	return (*( char*)p1 - *(char*)p2);
}

double类型：注意由于double类型的精度有限，这里我们使用三目操作符直接判断

int double_cmp(const void* p1, const void* p2)
{
	return (*(double*)p1 > *(double*)p2 ? 1 : -1); 
}

结构体类型：

//我们声明一个结构体
struct Stu //学生
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char id[20]//学号
};

//假设按照年龄来排序
int cmp_stu_by_age(const void* p1, const void* p2)
{
	return ((struct Stu*)p1)->age - ((struct Stu*)p2)->age;
}

//假设按照名字排序
int cmp_stu_by_name(const void* p1, const void* p2)
{
	return strcmp(((struct Stu*)p1)->name, ((struct Stu*)p2)->name);//strcmp用来比较两个字符串大小
}

//按照学号排序
int cmp_stu_by_id(const void* p1, const void* p2)
{
	return strcmp(((struct Stu*)p1)->id, ((struct Stu*)p2)->id);
}

3.qsort函数的简单应用

下面我们来简单使用一下qsort 排序一个整形数组进行升序排序

代码如下：

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
//qosrt函数的使用者需要自己实现一个比较函数
int int_cmp(const void* p1, const void* p2)
{
	return (*(int*)p1 - *(int*)p2);//这里我们要求排序为升序
}
int main()
{
	//利用qsort对下面这个无序整形数组排序
	int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
	int i = 0;
	//调用qsort
	qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof(int), int_cmp);
	for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

代码运行结果如下：

我们再来看一组char类型数据的排序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int char_cmp(const void* p1, const void* p2)
{
	return *(char*)p1 - *(char*)p2; //要求升序
}

int main()
{
	char arr[] = { 'f', 'b','e','a','d','c' };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);


	qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), char_cmp);

	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%c ", arr[i]);
	}
	return 0;
}

对double类型数据进行qsort排序：

int double_cmp(const void* p1, const void* p2)
{
	return (*(double*)p1 > *(double*)p2 ? 1 : -1); 
}

void test02()
{
	double arr[] = { 3.14,2.6,2.3,1.7 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);


	qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), double_cmp);

	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%lf ", arr[i]);
	}

}
int main()
{
	test02();

	return 0;
}

排序结果：

我们在使用qsort对结构体类型数据排序一次代码如下：

struct Stu //学⽣
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
};
int cmp_stu_by_name(const void* p1, const void* p2)
{
	return strcmp(((struct Stu*)p1)->name, ((struct Stu*)p2)->name);//我们要求升序排序
}
void test0()
{
	struct Stu s[] = { {"zhangsan", 20}, {"lisi", 30}, {"wangwu", 15} };
	int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
	qsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_stu_by_name);
	//我们观察下排序后的排列情况
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%s,%d ", s[i].name, s[i].age);
	}
}
int main()
{
	test0();
	return 0;
}

程序运行结果如下：

4.接下来我们模拟实现qsort对各种类型的数据实现冒泡排序！

上代码！

//模拟qsort编写一个函数实现对各种数据的冒泡排序
int comp_t(const void* p1, const void* p2)
{
	return *(int*)p1 - *(int*)p2;
}

void Swap(void* p1, void* p2, int size)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < size; i++)
	{
		char tmp = *((char*)p1 + i);
		*((char*)p1 + i) = *((char*)p2 + i);
		*((char*)p2 + i) = tmp;
	}
}


void my_bubble_sort(void* base, size_t sz, size_t width, int (*cmp)(const void* p1, const void* p2))
{
	//趟数
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		//一趟内部的两两比较
		int j = 0;
		for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
		{
			//比较arr[j] 和 arr[j + 1]
			if (cmp((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width) > 0)//改变
			{
				//交换两个元素
				Swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);
			}
		}
	}
}
int main()
{
	int arr[] = { 1,4,7,2,5,0,8,9,6,3 };
	int i = 0;
	my_bubble_sort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof(int), comp_t);
	for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	return 0;
}