高阶C语言|库函数qsort的使用以及用冒泡排序实现qsort的功能详解

💬 欢迎讨论：在阅读过程中有任何疑问，欢迎在评论区留言，我们一起交流学习！
👍 点赞、收藏与分享：如果你觉得这篇文章对你有帮助，记得点赞、收藏，并分享给更多对排序算法感兴趣的朋友！

铁汁们准备好了吗？要发车了哟~

前言

在编程中，排序算法算是我们的老盆友了，但是你是否认识qsort的呢？在本文中，我们将深入探讨 qsort 函数的使用，并通过实现冒泡排序来模拟 qsort 的功能，比较两者的不同之处。

---

1. 什么是 qsort？

qsort 是 C 标准库中的一个通用排序函数，它实现了 快速排序算法（Quick Sort），一种高效的排序算法。qsort 允许我们对任意类型的数组进行排序，最大特点是它的灵活性和效率。通过一个比较函数，qsort 可以用于排序整型数组、浮点型数组、字符数组，甚至是自定义结构体数组。

qsort 的基本使用

qsort 的函数原型如下：

void qsort(void *base, size_t num, size_t width, int (*cmp)(const void *e1, const void *e2));

• base：指向待排序数组的起始地址。
• num：数组的元素数量。
• width：每个元素的字节大小（通常是 sizeof 元素的大小）。
• cmp：比较函数指针，用于比较两个元素的大小。

以下是一个使用 qsort 排序整数数组的简单示例：

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

// 比较函数：用于排序整数
int cmp(const void *e1, const void *e2) {
    return (*(int *)e1 - *(int *)e2);  // 返回负数表示e1小于e2
}

int main() {
    int arr[] = {5, 3, 8, 1, 2, 7};
    size_t num_elements = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    // 调用qsort进行排序
    qsort(arr, num_elements, sizeof(arr[0]), cmp);

    // 输出排序后的数组
    for (size_t i = 0; i < num_elements; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

解释：

• qsort 会根据 cmp 函数决定排序的顺序。cmp 函数需要返回一个整数值来表示两个元素的比较结果。
• qsort 的优点是通用性强，可以处理任何类型的数组，前提是提供适当的比较函数。

---

2. 什么是冒泡排序？

冒泡排序是一种简单的排序算法，它通过重复地遍历待排序的数组，比较每对相邻元素，并交换它们的位置，如果它们的顺序不正确。这个过程会持续进行，直到没有任何元素需要交换为止。

冒泡排序的实现：

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

// 比较函数
int cmp(const void *e1, const void *e2) {
    return (*(int *)e1 - *(int *)e2);
}

// 冒泡排序实现
void bubble_sort(void *base, size_t num, size_t width, int (*cmp)(const void *, const void *)) {
    for (size_t i = 0; i < num - 1; i++) {
        for (size_t j = 0; j < num - 1 - i; j++) {
            void *e1 = (char *)base + j * width;
            void *e2 = (char *)base + (j + 1) * width;
            if (cmp(e1, e2) > 0) {
                // 交换两个元素
                char temp[width];
                memcpy(temp, e1, width);
                memcpy(e1, e2, width);
                memcpy(e2, temp, width);
            }
        }
    }
}

int main() {
    int arr[] = {5, 3, 8, 1, 2, 7};
    size_t num_elements = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    // 使用冒泡排序排序数组
    bubble_sort(arr, num_elements, sizeof(arr[0]), cmp);

    // 输出排序后的数组
    for (size_t i = 0; i < num_elements; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

解释：

• 冒泡排序 使用了两层嵌套循环，每次外层循环后，最大的元素被“冒泡”到数组的末尾。
• 比较函数 与 qsort 一致，根据元素的大小决定是否交换。
• 在每一轮比较时，如果当前元素比后一个元素大，就交换它们的位置，直到数组排序完成。

---

3. qsort 和 冒泡排序的比较（数据结构）

时间复杂度：

• qsort（快速排序）：平均时间复杂度为 O(n log n)，最坏情况下为 O(n²)（当数组已经接近排序时）。在多数情况下，qsort 由于其分治的策略，能够快速处理大规模数据。
• 冒泡排序：时间复杂度为 O(n²)，每次遍历都要进行多次元素交换，效率较低。冒泡排序非常适合小规模数据的排序，但不适合大数据量的排序任务。

空间复杂度：

• qsort：空间复杂度是 O(log n)，因为快速排序在递归过程中会使用栈空间。
• 冒泡排序：空间复杂度为 O(1)，它是一个原地排序算法，不需要额外的空间。

稳定性：

• qsort：快速排序通常不是稳定的，这意味着相同的元素在排序后可能会改变相对位置。
• 冒泡排序：冒泡排序是稳定的，它不会改变相同元素的相对顺序。

使用场景：

• qsort 适用于大规模数据排序，尤其是在数据类型多样或需要高效处理时，qsort 是一个很好的选择。
• 冒泡排序 由于其简单易懂的特性，通常用作学习排序算法的示例，或者在数据量较小的情况下使用。

---

4. 总结

虽然 qsort 和冒泡排序都能实现数组的排序功能，但它们各自的效率和适用场景差异显著。qsort 是一个高效的库函数，广泛应用于需要对大量数据进行排序的场合，而冒泡排序则由于其简单性，通常用于教学或小规模数据的排序。

在实际应用中，qsort 是我们最常用的排序工具，因为它利用了快速排序算法，具有更高的效率。而冒泡排序则在性能要求不高或者数据量较小的情况下有时仍然会被使用。

无论哪种排序方法，选择适当的排序算法对性能优化至关重要。了解每种算法的优势和局限性，能够帮助我们在开发过程中做出更合理的选择。

---

5. 关于qsort的更多信息

传送门奉上~

C标准库文档 – qsort 函数

原文地址：https://blog.csdn.net/Surplus886/article/details/145175042

免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！