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✈️专栏：【C/C++】算法
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前言：
往期我们学习了二分查找、归并排序、快速排序和冒泡排序。今天我们学习qsort函数，qsort函数是C语言库中实现的快速排序算法。并且qsort要求提供一个自己定义的比较函数。比较函数使得qsort通用性更好，qsort函数可以实现对数组、字符串、结构体等结构进行升序或降序排序。闲言少叙，开快车🚝🚝
目录
一、qsort函数简介
二、qsort函数的使用
1、对int类型数组排序
2、对char类型排序
3、对浮点型排序
4、对结构体类型排序
三、模拟实现qsort函数
1、代码详解
2、 代码实现之整型排序
3、代码实现之结构体类型排序
四、总结
一、qsort函数简介
对于陌生的库函数，可通过cplusplus网站来了解它
【qsort参数介绍】
【比较函数的返回值】
所以，qsort函数大致的模板为
int compare(const void* p1, const void* p2) //
{
return p1 - p2; //返回的是升序
return p2 - p1; //返回的是降序
//注：p1和p2的类型根据实际情况写
}
int main()
{
int arr[] = { 1,3,4,6,7,2,10,8,5,9 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//计算数组元素个数 40 / 4 = 10
qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), compare);
//arr - 指向要排序的数组的第一个元素的指针。
//sz - 由 arr 指向的数组中元素的个数
//sizeof(arr[0]) - 数组中每个元素的大小，以字节为单位。
//compar - 用来比较两个元素的函数。
return 0;
}Q：为什么compare的形参的两个参数是void*类型？
因为qsort函数可以实现对数组(int)、字符串(char)、结构体(stuct)等类型进行升序或降序排序，而void*是不介意类型的，就像一个“垃圾桶”，任意的类型的地址都能往void*塞，但就是不能对其直接使用（解引用操作，++，--等等）。若想使用，只要进行强制类型转化即可。
二、qsort函数的使用
1、对int类型数组排序
【升序情况】
//升序的情况
#include <stdlib.h> //使用qsort需要包含头文件
#include <stdio.h>
int compare_int(const void* p1, const void* p2)
{
return *(int*)p1 - *(int*)p2; //强制类型转化并解引用
}
int main()
{
int arr[] = { 1,3,4,6,7,2,10,8,5,9 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), compare_int);
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%d ", arr[i]);
}
return 0;
}【程序结果】
【降序情况】
//降序的情况
#include <stdlib.h> //使用qsort需要包含头文件
#include <stdio.h>
int compare_int(const void* p1, const void* p2)
{
return *(int*)p2 - *(int*)p1; //强制类型转化并解引用
}
int main()
{
int arr[] = { 1,3,4,6,7,2,10,8,5,9 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), compare_int);
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%d ", arr[i]);
}
return 0;
}
2、对char类型排序
//升序的情况
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int compare_char(const void* p1, const void* p2)
{
return *(char*)p1 - *(char*)p2; //强制类型转化并解引用
}
int main()
{
char arr[] = { 'f', 'b','e','a','d','c'};
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), compare_char);
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%c ", arr[i]);
}
return 0;
}【程序结果】
3、对浮点型排序
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int compare_double(const void* p1, const void* p2)
{
return (*(double*)p1 > *(double*)p2 ? 1 : -1); //三目操作符
}
int main()
{
double arr[] = { 3.14,2.6,2.3,1.7};
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), compare_double);
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%lf ", arr[i]);
}
return 0;
}
注意
用qsort对浮点型的一定要用三目运算符，由于浮点数的精度问题，如果是两个很接近的数相减，则可能返回一个接近0的小数，而compare_double的返回值是int型，因此会将这个小数返回0。
4、对结构体类型排序
【按姓名排序】
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct Stu
{
char name[20];
int age;
};
int compare_name(const void* p1, const void* p2)
{
return strcmp(((struct Stu*)p1)->name, ((struct Stu*)p2)->name);
}
int main()
{
struct Stu s[3] = { {"张三",10},{"李四",30},{"王五",21} };
int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
qsort(s, sz, sizeof(s[0]), compare_name);
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%s %d\n", s[i].name, s[i].age);
}
return 0;
}【程序结果】
注意
姓名是字符串，比较的是字典序大小，要用strcmp。
比较年龄和比较整型一样，这里就不为大家展示了
三、模拟实现qsort函数
模拟实现qsort函数是要基于冒泡排序实现的 （冒泡排序讲解）
【冒泡排序的实现】
#include <stdio.h>
void Sort(int arr[], int sz)
{
for (int i = 0; i < sz - 1; i++)
{
for (int 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;
}
}
}
}
int main()
{
int arr[] = { 2,6,8,7,6,0,1,5,9,3 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
Sort(arr, sz);
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%d ", arr[i]);
}
return 0;
}现要求改造冒泡排序，使整个函数可以排序任意类型的数组
以整型数组为例
【主函数部分】
#include <stdio.h>
int cmp_int(const void* p1, const void* p2)
{
return *(int*)p1 - *(int*)p2;
}
int main()
{
int arr[] = { 2,6,8,7,6,0,1,5,9,3 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
Sort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_int);
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%d ", arr[i]);
}
return 0;
}【Sort函数部分】
参考qsort函数的参数
void Swap(char* x1, char* x2, int width)
{
//因为不知道是什么类型，要一个字节一个字节交换
for (int i = 0; i < width; i++)
{
char tmp = *x1;
*x1 = *x2;
*x2 = tmp;
x1++;
x2++;
}
}
//void* base - 要求排序不同类型的数组，void*恰好能接收任意类型
//int sz - 元素个数
//int width - 一个元素的大小
//int (*p)(const void*, const void*) 函数传参函数指针接收
//size_t - 无符号整型
void Sort(void* base, size_t sz, size_t width, int (*p)(const void*, const void*))
{
for (size_t i = 0; i < sz - 1; i++)
{
for (size_t j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
{
//通过函数指针p调用的函数cmp_int,所以这是个回调函数
if (p((char*)base + j * width,(char*)base + (j + 1) * width) > 0)
{
//写一个Swap函数来交换
Swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);
}
}
}
}【代码详解】
【代码实现之整型排序】
int cmp_int(const void* p1, const void* p2)
{
return *(int*)p1 - *(int*)p2;
}
void Swap(char* x1, char* x2, int width)
{
for (int i = 0; i < width; i++)
{
char tmp = *x1;
*x1 = *x2;
*x2 = tmp;
x1++;
x2++;
}
}
void Sort(void* base, size_t sz, size_t width, int (*p)(const void*, const void*))
{
for (size_t i = 0; i < sz - 1; i++)
{
for (size_t j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
{
if (p((char*)base + j * width,(char*)base + (j + 1) * width) > 0)
{
Swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);
}
}
}
}
int main()
{
int arr[] = { 2,6,8,7,6,0,1,5,9,3 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
Sort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_int);
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%d ", arr[i]);
}
return 0;
}【程序结果】
【代码实现之结构体类型排序】
以排列姓名为例
struct Stu
{
char name[20];
int age;
};
int compare_name(const void* p1, const void* p2)
{
return strcmp(((struct Stu*)p1)->name, ((struct Stu*)p2)->name);
}
void Swap(char* x1, char* x2, int width)
{
for (int i = 0; i < width; i++)
{
char tmp = *x1;
*x1 = *x2;
*x2 = tmp;
x1++;
x2++;
}
}
void Sort(void* base, size_t sz, size_t width, int (*p)(const void*, const void*))
{
for (size_t i = 0; i < sz - 1; i++)
{
for (size_t j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
{
if (p((char*)base + j * width,(char*)base + (j + 1) * width) > 0)
{
Swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);
}
}
}
}
int main()
{
struct Stu s[3] = { {"张三",10},{"李四",30},{"王五",21} };
int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
Sort(s, sz, sizeof(s[0]), compare_name);
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%s %d\n", s[i].name,s[i].age);
}
return 0;
}【程序结果】
四、总结
本章重点讲解qsort函数用法以及如何模拟实现qsort函数，如果这篇博客对你有帮助，别忘了评论、点赞 、收藏、关注哟😘
