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🎁代码托管:qsort的使用和模拟实现 · a96cdd4 · 黄灿灿/C语言 - Gitee.com
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目录
一、引言
二、qsort函数介绍
1.函数原型
2.参数说明
2.1比较函数
3.使用示例
3.1对一维数组进行排序
3.2对结构体进行排序
4.让我们尝试用更简单的方式来说明如何使用 qsort 函数。
步骤 1: 定义比较函数
步骤 2: 调用 qsort 函数
5.进阶
5.1 解释：
1. 参数:
2. 返回值:
2. 实现细节:
5.2 为什么自动排序？
1. 减法操作
2.qsort 排序机制
3. 实现细节
三、模拟实现qsort函数
使用bubble_sort函数
四、总结
五、共勉
一、引言
在C语言中，
qsort函数是一个非常强大且灵活的排序工具，它能够处理各种不同类型的数据结构，包括基本类型数组、字符串、二维数组甚至是结构体。本篇文章将详细介绍qsort函数的工作原理以及如何使用它来进行排序。
二、qsort函数介绍
qsort函数是C标准库中的一个通用排序函数，它的原型定义在stdlib.h头文件中。qsort函数之所以被称为“快速排序”函数，是因为它通常采用了一种高效的排序算法——快速排序算法来实现排序过程。
来看看qsort - C++ Reference上的介绍：
1.函数原型
void qsort(void *base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void *, const void *));
2.参数说明
base：指向待排序数组的指针。（谁需要排序）num：数组中元素的数量。（需要排序的数量/有多少数需要排序）size：数组中每个元素的字节数。（每个元素有多大）compar：指向一个比较函数的指针，该函数用于确定排序顺序。（比较函数的指针）
2.1比较函数
比较函数
compar接受两个void *类型的参数，并返回一个int类型的值。如果第一个参数应该排在第二个参数之前，则返回负数；如果两者相等，则返回0；如果第一个参数应该排在第二个参数之后，则返回正数。
3.使用示例
让我们通过几个例子来看看如何使用
qsort函数。
3.1对一维数组进行排序
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int compar(const void *a, const void *b) {
return *(int *)a - *(int *)b;
}
int main() {
int arr[] = {3, 1, 5, 9, 7, 6, 4, 8, 0, 2};
size_t num = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
size_t sz = sizeof(arr[0]);
qsort(arr, num, sz, compar);
for (int i = 0; i < num; i++) {
printf("%d ", arr[i]);
}
return 0;
}3.2对结构体进行排序
按年龄排序
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct Stu {
char name[20];
int age;
};
int compar_Stu_age(const void *p1, const void *p2) {
return ((struct Stu *)p1)->age - ((struct Stu *)p2)->age;
}
int main() {
struct Stu s[] = {{"zhangsan", 20}, {"lisi", 30}, {"wangmazi", 25}};
size_t num = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
size_t sz = sizeof(s[0]);
qsort(s, num, sz, compar_Stu_age);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
printf("%s, %d\n", s[i].name, s[i].age);
}
return 0;
}按姓名排序
int compar_Stu_name(const void *p1, const void *p2) {
return strcmp(((struct Stu *)p1)->name, ((struct Stu *)p2)->name);
}
int main() {
struct Stu s[] = {{"zhangsan", 20}, {"lisi", 30}, {"wangmazi", 25}};
size_t num = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
size_t sz = sizeof(s[0]);
qsort(s, num, sz, compar_Stu_name);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
printf("%s, %d\n", s[i].name, s[i].age);
}
return 0;
}4.让我们尝试用更简单的方式来说明如何使用 qsort 函数。
假设我们有一个整数数组，我们想要按升序排序这个数组。首先我们需要定义一个比较函数，然后调用
qsort函数。
步骤 1: 定义比较函数
比较函数用来告诉 qsort 如何比较数组中的元素。对于整数数组，我们可以这样定义比较函数：
int compare(const void *a, const void *b) {
if (*(int *)a < *(int *)b) {
return -1; // a 小于 b
} else if (*(int *)a > *(int *)b) {
return 1; // a 大于 b
} else {
return 0; // a 等于 b
}
}这里的关键点是，
a和b是指向void类型的指针，我们需要把它们转换成指向int的指针，以便能够访问它们所指向的整数值。
步骤 2: 调用 qsort 函数
接下来，我们可以在 main 函数中定义一个整数数组，并调用 qsort 函数对其进行排序。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 比较函数
int compare(const void *a, const void *b) {
if (*(int *)a < *(int *)b) {
return -1; // a 小于 b
} else if (*(int *)a > *(int *)b) {
return 1; // a 大于 b
} else {
return 0; // a 等于 b
}
}
int main() {
int arr[] = {5, 2, 9, 1, 5, 6};
int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); // 计算数组元素个数
// 调用 qsort 函数
qsort(arr, n, sizeof(int), compare);
// 输出排序后的数组
printf("Sorted array: ");
for (int i = 0; i < n; i++) {
printf("%d ", arr[i]);
}
printf("\n");
return 0;
}5.进阶
// 定义比较函数
int compare(const void *a, const void *b) {
return (*(int *)a - *(int *)b);
}比较函数通常写成return (*(int *)a - *(int *)b);这种方法适用于整数数组的排序，但如果你需要对其他数据类型进行排序或者需要更复杂的比较逻辑，就需要修改这个函数以适应你的需求。
5.1 解释：
这个函数实现了以下功能：
1. 参数:
const void *a: 指向第一个要比较的元素的指针。const void *b: 指向第二个要比较的元素的指针。2. 返回值:
- 如果
*(int *)a小于*(int *)b，则返回一个负数。- 如果
*(int *)a等于*(int *)b，则返回 0。- 如果
*(int *)a大于*(int *)b，则返回一个正数。3. 实现细节:
*(int *)a和*(int *)b分别将void指针转换为int指针，并解引用这些指针以获取实际的整数值。*(int *)a - *(int *)b进行减法运算，得到的结果直接作为函数的返回值。这种实现方式非常简洁，通过减法操作自动处理了所有三种情况：
- 如果结果是负数，则
a应该排在b前面。- 如果结果是 0，则
a和b相等。- 如果结果是正数，则
a应该排在b后面。
5.2 为什么自动排序？
1. 减法操作
当执行
*(int *)a - *(int *)b时，实际上是在计算两个整数值之间的差。这个差可以是正数、负数或零，这取决于a和b的相对大小。
- 如果
*(int *)a < *(int *)b，那么差值将会是一个负数。- 如果
*(int *)a == *(int *)b，那么差值将会是零。- 如果
*(int *)a > *(int *)b，那么差值将会是一个正数。
2.qsort排序机制
qsort函数通过比较函数来确定元素的相对顺序。比较函数需要返回一个整数值来指示两个元素的相对位置关系。具体来说：
- 如果比较函数返回一个负数，
qsort函数会认为a应该排在b的前面。- 如果比较函数返回零，
qsort函数会认为a和b的位置无关紧要，因为它们相等或不需要交换。- 如果比较函数返回一个正数，
qsort函数会认为a应该排在b的后面。3. 实现细节
由于
qsort函数内部的排序算法（通常是快速排序或其他高效算法）需要知道如何比较两个元素，所以它会调用提供的比较函数，并根据返回值决定如何排列元素。
三、模拟实现qsort函数
除了使用标准库中的
qsort函数，我们还可以自己模拟实现一个类似的排序函数，比如使用冒泡排序算法。下面是一个简单的冒泡排序实现，它能够对不同的数据类型进行排序。
冒泡排序实现
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void Swap(char *buf1, char *buf2, int sz) {
int i;
for (i = 0; i < sz; i++) {
char tmp = *buf1;
*buf1 = *buf2;
*buf2 = tmp;
buf1++;
buf2++;
}
}
void bubble_sort(void *base, size_t num, size_t sz, int (*compar)(const void *, const void *)) {
size_t i, j;
for (i = 0; i < num - 1; i++) {
for (j = 0; j < num - 1 - i; j++) {
if (compar((char *)base + j * sz, (char *)base + (j + 1) * sz) > 0) {
Swap((char *)base + j * sz, (char *)base + (j + 1) * sz, sz);
}
}
}
}使用
bubble_sort函数使用
bubble_sort函数与使用qsort函数类似，都需要提供相同的参数。这里不再重复给出示例代码。
四、总结
qsort函数是一个非常有用的工具，它提供了高度灵活的排序能力。通过自定义比较函数，我们可以轻松地对不同类型的数据进行排序。此外，通过上面的示例可以看出，即使使用简单的冒泡排序算法也能实现类似的功能，尽管在性能上可能不如qsort函数高效。
希望这篇文章对你理解和使用
qsort函数有所帮助！
五、共勉
