深入了解快速排序（qsort）的模拟实现

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• 深入了解快速排序（qsort）的模拟实现
• • qsort函数简介
  • 排序函数模拟：冒泡排序代替qsort
  • 交换函数：灵活处理任意数据类型
  • 主函数：结构体排序示例
  • 比较函数：定义排序规则

深入了解快速排序（qsort）的模拟实现

快速排序（qsort）是计算机科学中一个非常著名的排序算法，以其高效和灵活性而闻名。在这篇文章中，我们将探索qsort的工作原理，并提供一个简单的模拟实现，帮助您理解并掌握快速排序的精髓。
话不多说，开始战斗

qsort函数简介

qsort是C语言标准库中的一个函数，定义在stdlib.h头文件中。它的原型如下：

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

base：指向要排序的数组的指针。
num：数组中的元素数量。
size：每个元素的大小（以字节为单位）。
comparator：一个函数指针，用于比较两个元素，并返回比较结果。

qsort的工作原理基于分治策略，它通过一个称为“划分”的过程来工作。在划分过程中，选择一个元素作为“基准”（pivot），然后将数组分为两部分，一部分包含所有小于基准的元素，另一部分包含所有大于基准的元素。这个过程递归地应用于子数组，直到整个数组被排序。

排序函数模拟：冒泡排序代替qsort

虽然快速排序以其分治策略而著称，但为了简化理解，我们将使用冒泡排序来模拟qsort的行为。冒泡排序的基本思想是重复地遍历待排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来。

void my_bbsort(void* base, size_t sz, size_t width, int (*cmp)(const void* p1, const void* p2)) {
    int i = 0, j = 0;
    // 外层循环控制排序的总轮数
    for (i = 0; i < sz - 1; i++) {
        // 内层循环进行相邻元素的比较和交换
        for (j = 0; j < sz - i - 1; j++) {
            if (cmp((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width) > 0) {
                swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);
            }
        }
    }
}

交换函数：灵活处理任意数据类型

为了使我们的排序函数能够处理任意类型的数据，我们需要一个通用的交换函数。这个函数将以字符为单位交换数据，确保无论数据类型如何，都能正确交换。

void swap(char* a, char* b, size_t width) {
    int i;
    char tmp;
    // 逐字节交换两个元素
    for (i = 0; i < width; i++) {
        tmp = *b;
        *b = *a;
        *a = tmp;
        a++;
        b++;
    }
}

主函数：结构体排序示例

为了展示我们的排序函数如何工作，我们将使用一个结构体数组作为示例。这个结构体包含姓名、年龄、分数和性别等信息。

struct stu {
    char name[20];
    int age;
    int score;
    char sex;
};

int main() {
    // 初始化结构体数组
    struct stu s1 = { "张仨", 19, 99, 'F' };
    struct stu s2 = { "李四", 33, 66, 'M' };
    struct stu s3 = { "王五", 44, 88, 'F' };
    struct stu* p1 = &s1;
    struct stu s[] = { s1, s2, s3 };
    
    // 打印原始数据
    printf("原始数据: %s %d %d %c\n", p1->name, s1.age, s1.score, p1->sex);

    // 获取数组元素数量
    int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
    
    // 按年龄排序
    my_bbsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_by_age);
    printf("按年龄排序后:\n");
    for (int i = 0; i < sz; i++) {
        printf("%s ", s[i].name);
    }
    printf("\n");

    // 按姓名排序
    my_bbsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_by_name);
    printf("按姓名排序后:\n");
    for (int i = 0; i < sz; i++) {
        printf("%s ", s[i].name);
    }
    return 0;
}

比较函数：定义排序规则

比较函数是排序算法的核心，它定义了元素之间的排序规则。我们提供了两个比较函数，一个用于按年龄排序，另一个用于按姓名排序。

// 按年龄比较
int cmp_by_age(const void* p1, const void* p2) {
    return ((struct stu*)p1)->age - ((struct stu*)p2)->age;
}

// 按姓名比较
int cmp_by_name(const void* p1, const void* p2) {
    return strcmp((((struct stu*)p1)->name), (((struct stu*)p2)->name));
}

通过这篇文章，您不仅能够了解到qsort的工作原理，还能够通过实际的代码示例来加深理解。qsort的强大之处在于其灵活性和效率，它能够适应各种数据类型和复杂的排序需求。希望这篇文章能够帮助您掌握快速排序的核心概念，并在实际编程中灵活运用