【c语言】qsort函数及泛型冒泡排序的模拟实现

news2024/11/23 15:47:49

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一、qsort函数

1.回调函数

在了解qsort函数之前，我们先来学习一个概念：回调函数。那么回调函数是什么呢？

简单地说，回调函数就是通过函数指针调用的函数。

如果你将函数A的地址传给另外一个函数B，当B通过这个地址调用函数A时，函数A就称作回调函数。回调函数不是由该函数的实现方直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外的一方调用的，用于对该事件或者条件进行响应。

2.qsort函数

在了解了回调函数的概念后，我们来学习一下qsort函数。qsort函数是c语言标准库下的一个函数，它的作用是对任意类型的数据进行排序。我们在cplusplus上搜索一下它：

可以看到，这个函数在使用的时候需要引头文件<stdlib.h>。它有四个参数，其中第四个参数就是一个函数指针。我们再观察一下四个参数的内容：

第一个参数是一个指向数组首元素的指针base，它会被转换为void*类型的指针。

第二个参数是这个数组中的元素个数num，类型是size_t。

第三个参数是数组中每一个元素的内存大小size。

第四个参数是一个函数指针compar，这个函数指针指向的函数用于比较两个元素，也就是说，在qsort函数执行排序功能时，需要调用我们自己写的元素比较函数。对于比较函数，如果第一个参数小于第二个参数，就返回负数，反之就返回正数，相等则返回0。

可以看出，qsort函数是通过compar函数的地址调用它的，所以这里的compar函数就是一个回调函数。

好，我们现在来试着使用一下qsort函数：

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

int cmp_int(const void* p1, const void* p2)
{
	return *(int*)p1 - *(int*)p2;//对int类型数据进行比较，将void*型指针强制转换为int*类型
}

int main()
{
	int arr[10] = { 2,10,5,4,9,3,6,8,1,7 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	qsort(arr, sz, sizeof(int), cmp_int);
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	return 0;
}

运行结果：

可以看到，数组的元素确实被排序过来了。

3.void* 指针

刚才的代码当中，我们使用了void*类型的指针作为形参。我们来着重介绍一下void*类型的指针。

void*类型的指针也叫做无具体类型的指针，它的作用是可以接收任何类型的指针，常常存在于形参之中。当使用void*类型的指针时，它是无法直接进行解引用操作的，需要将其强制类型转换为其他类型的指针，才能确定访问的字节数，从而继续使用。

二、泛型冒泡排序的模拟实现

接下来，我们基于能够排序任意类型的数据qsort函数，模拟实现一个冒泡排序，能够排序任意类型的数据。

1.比较函数的编写

首先我们来编写比较函数。以int类型为例，将void*指针转换为int*类型即可。

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

这里将传入元素的地址，之后以int类型的形式访问四个字节，然后进行大小比较，前者大于后者

则返回正数，否则返回负数，相等返回0。

2.交换函数的编写

接下来我们写一个函数来实现元素的交换（注意：这里由于不知要交换什么类型的元素，所以要转换为char*类型的指针，然后一个字节一个字节地交换）：

void swap(void* p1, void* p2, size_t size)
{
	int i = 0;
	char tmp = 0;
	for (i = 0; i < size; i++)//一个字节一个字节地交换，交换size次
	{
		tmp = *((char*)p1 + i);
		*((char*)p1 + i) = *((char*)p2 + i);
		*((char*)p2 + i) = tmp;
	}
}

注意：由于强制类型转换是临时的，所以每一次使用的时候都要进行强制类型转换。

为了便于大家理解这里的交换过程，我们画图演示一下：

3.冒泡排序的编写

冒泡排序的编写大体和原本的冒泡排序相同，但是有些细节需要处理：

void bubble_sort(void* base, size_t num, size_t sinumze, int(*cmp)(const void*, const void*))
{
	int i = 0;
	int j = 0;
	for (i = 0; i < num - 1; i++)
	{
		for (j = 0; j < num - 1 - i; j++)
		{
			//这里需要将数组中下标为j和j+1的元素进行比较，所以将base强制转换为char*类型，然后加上相应内存大小的j倍或j+1倍就可以得到第j和j+1个元素的地址
			if (cmp((char*)base + size * j, (char*)base + size * (j + 1)) > 0)
			{
				//相同道理，交换第j和j+1个元素
				swap((char*)base + size * j, (char*)base + size * (j + 1), size);
			}
		}
	}
}

4.全部代码和使用示例

程序全部代码：

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

void swap(void* p1, void* p2, size_t size)
{
	int i = 0;
	char tmp = 0;
	for (i = 0; i < size; i++)//一个字节一个字节地交换，交换size次
	{
		tmp = *((char*)p1 + i);
		*((char*)p1 + i) = *((char*)p2 + i);
		*((char*)p2 + i) = tmp;
	}
}

void bubble_sort(void* base, size_t num, size_t size, int(*cmp)(const void*, const void*))
{
	int i = 0;
	int j = 0;
	for (i = 0; i < num - 1; i++)
	{
		for (j = 0; j < num - 1 - i; j++)
		{
			//这里需要将数组中下标为j和j+1的元素进行比较，所以将base强制转换为char*类型，然后加上相应内存大小的j倍或j+1倍就可以得到第j和j+1个元素的地址
			if (cmp((char*)base + size * j, (char*)base + size * (j + 1)) > 0)
			{
				//相同道理，交换第j和j+1个元素
				swap((char*)base + size * j, (char*)base + size * (j + 1), size);
			}
		}
	}
}

接下来我们试着使用一下，看看是否能够排序成功：