关于C语言qsort函数详解

编辑: admin 分类: c#语言发布时间: 2021-12-12 来源:互联网

C语言qsort函数详解

一.qsort函数是什么

我们可以使用搜索库函数网址或者MSDN软件进行查找。

qsort()函数：快速排序的函数 -引用stdlib.h头文件

参数说明：

void qsort ( 

    void* base, //要排序的目标数组
    size_t num,     //待排序的元素个数
    size_t width,    //一个元素的大小，单位是字节
    int(*cmp)(const void* e1, const void* e2)

);    
其中cmp是函数指针，cmp指向的是：排序时，用来比较两个元素的函数。需要自己编写。

返回值：

二.使用qsort排序-以升序为例

关于void*型指针：

void*：无具体类型的指针能够接收任意类型的地址
缺点：不能进行运算。不能+-整数，不能解引用

int a  = 0;
float f = 5.5f;
void* p1 = &a;
void* p2 = &f;
p1 = p1+1;    //err

1.整形数组排序

注意：

（1）.比较函数的参数类型为void* ，我们要进行强制类型转换！且要解引用才能得到对应的值！

（2）.若我们想排成降序，只需要写成e2-e1即可

void Print(int* arr, int sz)
{
 int i = 0;
 for (i = 0; i < sz; i++)
 {
  printf("%d ", *(arr + i));
 }
 printf("\n");
}
//比较整形
//注意类型时void* 所以要强制类型转化，还要解引用才是对应的值！！！
int cmp_int(const void* e1, const void* e2)
{
 return *(int*)e1 - *(int*)e2;
}
void test1()
{
 int arr[] = { 9,8,7,6,7,5,4,8 };
 int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
 qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_int);
 Print(arr, sz);
}

2.字符数组排序

注意使用sizeof()操作符和strlen()函数的区别

//注意要要强制类型转换！！ 要解引用！！！  本质上是比较Ascii值
int cmp_char(const void* e1, const void* e2)
{
    return *(char*)e1 - *(char*)e2;
}
void test4()
{
 char arr[] ="mango";
    //若使用sizeof计算长度：
 //int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); //6
 //qsort(arr, sz-1, sizeof(arr[0]), cmp_float);
    //因为sizeof把\0也算进去了，所以计算出来的值比字符串本身长度多1
    
    int sz = strlen(arr); //5
    qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_char);
 printf("%s\n",arr);
}

3.字符指针数组排序

先看看下面这段程序有没有问题？

int cmp_chars(const void* e1, const void* e2)
{
 return strcmp((char*)e1, *(char*)e2);
}
void test2()
{
  char* arr1 = "abc";
  char* arr2 = "wcad";
  char* arr3 = "cab";
  char* p[3] = { arr1,arr2,arr3 };
 int sz = sizeof(p) / sizeof(p[0]);
 qsort(p, sz, sizeof(p[0]), cmp_chars);
 int i = 0;
 for (i = 0; i < sz; i++)
 {
  printf("%s\n", p[i]);
 }
}

打印出来发现：结果是错误的！

->调试后发现：e2存放的是p的地址（char**类型），e1存放的是p指向的下一个元素的地址（char**类型）

对于这种写法，传进去的是p的地址，strcmp()会将p地址对应的内容转化成字符串，也就是将p中arr1，arr2，arr3的地址转化成字符串

实际上应该传p地址空间中arr1，arr2的地址，这样strcmp()才能找到arr1和arr2对应的字符串，因此得先把e1，e2转化成char**，这样解引用以后才是一个char*的地址

原因：把p传给qsort，p是数组名->首元素地址，元素类型为char*>，所以p的类型为：char**类型。所以e1 和e2也要强制类型转化为char**，解引用e1，e2才是对应字符串的地址！

正解：

int cmp_chars(const void* e1, const void* e2)
{
 return strcmp(*(char**)e1, *(char**)e2);
}
void test2()
{
  char* arr1 = "abc";
  char* arr2 = "wcad";
  char* arr3 = "cab";
  char* p[3] = { arr1,arr2,arr3 };
 int sz = sizeof(p) / sizeof(p[0]);
 qsort(p, sz, sizeof(p[0]), cmp_chars);
 int i = 0;
 for (i = 0; i < sz; i++)
 {
  printf("%s\n", p[i]);
 }

4.结构体数组排序

比较年龄->实际比较的是整形

比较名字->实际比较的是字符串->使用strcmp函数，不能使用 == 判断

struct Stu
{
 int age;
 char name[20];
};
//比较结构体中元素的年龄
int cmp_age(const void* e1, const void* e2)
{
 //本质是比较整形
 return ((struct Stu*)e1)->age - ((struct Stu*)e2)->age;
}
//比较名字
int cmp_name(const void* e1, const void* e2)
{
 //本质是字符串比较->使用strcmp函数
 return strcmp(((struct Stu*)e1)->name, ((struct Stu*)e2)->name);
}
void test2()
{
 //创建结构体数组，用大括号初始化
 struct Stu s[3] = { {19,"Mango"},{18,"Lemon"},{20,"Hello"} };
 int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
 //以年龄排
 qsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_age);
 printf("%s %d ",s[0].name,s[0].age);
 printf("%s %d ", s[1].name, s[1].age);
 printf("%s %d ", s[2].name, s[2].age);
 printf("\n");
 //以姓名排
 qsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_name);
 printf("%s %d ", s[0].name, s[0].age);
 printf("%s %d ", s[1].name, s[1].age);
 printf("%s %d ", s[2].name, s[2].age);
 printf("\n");
}

5.浮点型数组排序

注意：比较函数中，返回类型是int，最后相减的值要强制类型转化为int ，但这也会造成错误，建议使用方法2.

写法1：可能会出错

// 原因： 0.2 -0.1 = 0.1 强制类型转化为int后 结果为0
//int cmp_float(const void* e1, const void* e2)
//{
// //返回类型是int  所以相减后的结果要强制类型转化
// return (int)(*(float*)e1 - *(float*)e2);
//}

写法2：对应上qsort的返回值

int cmp_float(const void* e1, const void* e2)
{
 if ((*(float*)e1 - *(float*)e2) > 0.00000)
  return 1;
 else if ((*(float*)e1 - *(float*)e2) == 0.000000)
  return 0;
 else
  return -1;
}
void test3()
{
 float arr[5] = { 5.01f,5.01f,0.02f,0.01f,5.001f };
 int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
 qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_float);
 int i = 0;
 for (i = 0; i < sz; i++)
 {
  printf("%f ", arr[i]);
 }
}

三.使用冒泡排序思想模拟实现qsort函数

1.什么是冒泡排序

主要思想：相邻的两个元素进行比较

对于冒泡排序： n个元素共进行n-1趟冒泡排序。一趟可以使一个元素在特定位置上，每趟排序可以少比较一个元素

但是冒泡排序只能排序整形

2.冒泡排序代码

void BubbleSort(int* arr, int sz)
{
 int i = 0;
 int j = 0;
 //共进行sz-1趟
 for (i = 0; i < sz-1; i++)
 {
  int flag = 1;//每一趟进来都假设有序
        // 每一趟
  for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
  {
   if (arr[j] > arr[j + 1])
   {
    int tmp = arr[j];
    arr[j] = arr[j + 1];
    arr[j + 1] = tmp;
    flag = 0;
   }
  }
        //若falg还是1，说明没有交换->已经有序了break退出
  if (flag == 1)
  {
   break;
  }
 }
}
int main()
{
 int arr[10] = { 2,3,6,7,9,0,0,3,2,10 };
 int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
 BubbleSort(arr, sz);
 return 0;
}

3. 使用冒泡排序思想模拟实现qsort函数

qsort库函数使用的是什么参数，我们设计的函数就使用什么参数！

（1）为何将base强制类型转化为char*型指针：

原因：char* 指针+1跳过一个字节，+width：跳过width个字节，指向下一个元素。转化为其他类型不合适

（2）交换函数：还要把宽度（每个元素所占字节数）传过去

因为交换的时候是传地址，所以要知道元素的宽度，一个字节一个字节的交换 ，这样也证明了使用char*指针的好处！

（3）char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width,

当j = 0时：比较的是第一个元素和第二个元素
j = 1时，比较的是第二个元素和第三个元素
.... 很妙的写法

//交换 --一个字节一个字节的交换，共交换width次
void Swap(char* buf1, char* buf2, size_t width)
{
 size_t i = 0;
 for (i = 0; i < width; i++)
 {
  char tmp = *buf1;
  *buf1 = *buf2;
  *buf2 = tmp;
  buf1++;
  buf2++;
 }
}
void my_BubbleSort(void* base, size_t num,size_t width, int(*cmp)(const void* e1, const void* e2))
{
 //冒泡排序
 //若要排序n个元素，只需要进行n-1趟
 //每一趟可以少比较一个元素，每一趟可以使一个元素在确定的位置上
 //num：要排序元素的个数 类型是size_t 
    //num是无符号数 防止产生警告 所以i和j也定义为size_t
    // size_t == unsigned int 
 size_t i = 0;
 size_t j = 0;
 
 //共进行num-1趟
 for (i = 0; i < num; i++)
 {
  //每一趟
  for (j = 0; j < num - 1 - i; j++)
  {
   //比较
   //传地址   
   //相邻两个元素比较   width:宽度，每个元素所占字节
   //排成升序
   if (cmp((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width) > 0)
   {
    //交换两数
    Swap( (char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width );
   }
  }
 }
}

当然，交换也可以使用库函数memcpy

dest：目标空间

src：要拷贝到目标空间的字符 -因为不作修改，所以可以用const修饰

count：字节数

char tmp [30];    //防止结构体类型之类的类型    临时空间
memcpy(tmp, (char*)base + j * size, size); 
memcpy( (char*)base + j * size,  (char*)base + (j + 1) * size, size);
memcpy( (char*)base + (j + 1) * size, tmp, size);

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