外排序(C语言实现)

前言

本篇博客讲解一下外排序，看这篇排序你的先去看一下：八大经典排序算法-CSDN博客

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快速回忆快速排序和归并排序

函数接口回顾

fscanf/fprintf/sscanf/sprintf

1. fscanf

2. fprintf

3. sscanf

4. sprintf

外排序详解

1. 内存限制

2. 提高效率与可管理性

3. 算法适用性

代码

代码中函数的作用

. 基础函数定义

2. 快速排序算法

3. 文件归并排序

注意

在本文中，我们将深入探讨如何使用C语言实现快速排序算法，并将其应用于大文件的排序问题上，通过文件归并的方式处理大数据量的排序需求。这不仅是一个理论知识的应用，也是解决实际问题的一个实例。

快速回忆快速排序和归并排序

八大经典排序算法-CSDN博客文章浏览阅读1k次，点赞23次，收藏23次。深入探讨了八大排序算法——冒泡排序、选择排序、插入排序、希尔排序、归并排序、快速排序、堆排序、以及我们刚刚详析的计数排序之后，我们不仅掌握了一系列解决排序问题的有效策略，更深刻理解了算法设计背后的逻辑与权衡。每种算法，如同八音盒中的音符，各有其独特的旋律与应用场景，它们共同编织了计算机科学领域中关于“排序”这一基本问题的华丽乐章。数据结构-堆(带图)详解-CSDN博客。栈（Stack）是一种基本的数据结构，其特点是只允许在同一端进行插入和删除操作，这一端被称为栈顶。_排序算法https://blog.csdn.net/2302_78381559/article/details/139837523?spm=1001.2014.3001.5501这个博客有这两个排序算法的一个讲解

函数接口回顾

fscanf/fprintf/sscanf/sprintf

1. fscanf

fscanf 函数用于从指定的文件中读取数据并根据特定格式解析。它允许你按照预定义的格式从文件中读取各种类型的数据，如整数、浮点数或字符串等。

原型:
int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
参数:

stream: 指向需要读取的文件的文件指针。
format: 一个控制字符串，用于指定输入数据的格式。
...: 可变参数列表，对应于格式字符串中定义的数据类型的地址。

返回值: 成功读取并转换的项目数量，如果遇到文件结束或者读取错误则返回EOF。

2. fprintf

fprintf 函数用于将数据按照指定的格式输出到一个文件中。它与printf类似，但输出目标是文件而非标准输出。

原型:
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
参数:

stream: 指向要写入的文件的文件指针。
format: 控制输出格式的字符串。
...: 与格式字符串匹配的变量列表。

返回值: 成功写入的字符数量，若发生错误则返回负值。

3. sscanf

sscanf 函数用于从字符串中读取数据，与fscanf类似，但它的输入源是一个字符串而不是文件。

原型:
int sscanf(const char *str, const char *format, ...);
参数:

...: 存储读取数据的变量地址列表。

format: 指定如何解析字符串的格式控制符。
str: 要读取的字符串。

返回值: 成功读取的输入项数量。

4. sprintf

sprintf 函数用于将格式化的数据写入到一个字符串中，类似于printf，但是输出目标是一个字符数组。

原型:
int sprintf(char *str, const char *format, ...);
参数:

str: 目标字符串的地址，写入格式化后的数据。
format: 格式字符串，定义输出数据的格式。
...: 一系列变量，与格式字符串中的占位符对应。

返回值: 写入到字符串中的字符数量，不包括结尾的空字符\0。

外排序详解

我们先看一下思想：

通过这个图我们可以看到是我们先要将文件的数据分成10等份将每一个等份的文件里的数据排序，然后再将10个文件进行归并，这样所有数据就排好了

为什么要分等份排序嘞？

1. 内存限制

最直接的原因是计算机内存的限制。对于非常大的数据集，一次性将所有数据载入内存进行排序通常是不可行的。操作系统为每个进程分配的内存空间有限，超出这个限制会导致内存溢出错误。因此，通过将大文件切分为多个小文件，可以确保每个小文件都能在内存中进行高效排序，利用快速排序等算法完成局部排序。

2. 提高效率与可管理性

减少磁盘I/O操作：频繁的磁盘读写是影响程序性能的主要因素之一。将大文件分割成小文件，使得每个小文件可以较快地被读入内存进行处理，减少了整体的磁盘读写次数，提高了效率。
并行处理机会：分片后的小文件可以并行排序，尤其在多核处理器或多计算机系统中，每个小文件可以由不同的处理器或机器独立处理，大大加快了排序速度。

3. 算法适用性

快速排序、归并排序等高效的排序算法在小规模数据集上表现优异，但在大规模数据集上直接应用会受到内存限制。分块排序后，每一块数据量较小，可以更好地利用这些算法的优势。

代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<assert.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
//交换
void Swap(int* p1,int* p2) {int tmp = *p1;*p1 = *p2;*p2 = tmp;
}//三数取中
int GetMidIndex(int* a,int left,int right) {//计算midint mid = (left + right) / 2;//比较if (a[left] > a[mid]){if (a[mid] > a[right]) {return mid;}else if(a[left] < a[right]){return left;}else{return right;}}else  //a[left] < a[mid]{if (a[mid] < a[right]){return mid;}else if(a[left] > a[right]){return left;}else{return right;}}}//快排
void QuickSort(int* a,int left, int right) {assert(a);if (left >= right){return;}int Midindex = GetMidIndex(a,left,right);Swap(&a[Midindex], &a[left]);//前后指针int prev = left;int cur = left+1;int keyi = left;//循环while (cur <= right){if (a[keyi] > a[cur] && ++prev != cur)Swap(&a[cur],&a[prev]);++cur;}//交换prev和keyi,得出keyiSwap(&a[keyi], &a[prev]);//分治 [left-keyi-1]  keyi [keyi+1-right]keyi = prev;QuickSort(a, left, keyi - 1);QuickSort(a, keyi+1, right);
}//文件归并
void _MergeSortFile(const char* file1,const char* file2,const char* mfile) {//打开第一个文件FILE* four1 = fopen(file1, "r");if (four1 == NULL){assert("file1:打开文件失败\n");}//打开第二个文件FILE* four2 = fopen(file2, "r");if (four2 == NULL){assert("file2:打开文件失败\n");}//创建归并文件FILE* fin = fopen(mfile, "w");if (fin == NULL){assert("mfile:打开文件失败\n");}//进行归并int num1, num2;int ret1 = fscanf(four1, "%d\n", &num1);int ret2 = fscanf(four2, "%d\n", &num2);while (ret1 != EOF && ret2 != EOF){if (num1 < num2) {fprintf(fin, "%d\n", num1);ret1 = fscanf(four1, "%d\n", &num1);}else //num1 > num2{fprintf(fin, "%d\n", num2);ret2 = fscanf(four2, "%d\n", &num2);}}//将剩余数据放进归并文件while (ret1 != EOF){fprintf(fin, "%d\n", num1);ret1 = fscanf(four1, "%d\n", &num1);}while (ret2 != EOF){fprintf(fin, "%d\n", num2);ret2 = fscanf(four2, "%d\n", &num2);}//关闭文件fclose(fin);fclose(four1);fclose(four2);
}
void MergeSortFile(const char* file) {//导入文件数据FILE* four = fopen(file, "r");if (four == NULL){assert("MergeSortFile:fopen");}//定义变量int a[10] = {0};//分组数组int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);//分组大小int num = 0;//指针指向数据char subfile[20];//存储文件名的指针int filei = 1;//文件名编号int i = 0;//数组下标while (fscanf(four,"%d\n",&num) != EOF){if (i < n-1) {a[i++] = num;//进入8个数据}else{a[i] = num;QuickSort(a, 0, n - 1);sprintf(subfile,"sub\\sub_sort%d", filei++);//创建文件FILE* sub_fin =  fopen(subfile, "w");if (sub_fin == NULL){assert("sub_fin:fopen");}//将数据写入文件for (int j = 0; j < n; j++){fprintf(sub_fin, "%d\n", a[j]);}fclose(sub_fin);//初始化一些数据，方便下一次数据写入i = 0;memset(a, 0, sizeof(int)*n);}}//对十个文件进行归并操作char file1[100] = "sub\\sub_sort1";//第一个文件char file2[100] = "sub\\sub_sort2";//第二个文件char mfile[100] = "sub\\sub_sort12";//两个文件归并后存放的位置for (int k = 2; k <= n; k++){//归并_MergeSortFile(file1,file2,mfile);//改变file1的位置到mfilestrcpy(file1, mfile);//file2向后走sprintf(file2, "sub\\sub_sort%d", k+1);//改变mfile文件名，使他在下一次循环创建一个新的文件sprintf(mfile,"%s%d",mfile, k+1);}printf("排序成功\n");fclose(four);}
int main()
{MergeSortFile("SortData.txt");//int arr[] = { 3,5,6,8,10,12,58,1,8,7 };//int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//QuickSort(arr, 0, sz - 1);//for (int i = 0; i < sz; i++)//{//	printf("%d ", arr[i]);//}return 0;
}

代码中函数的作用

. 基础函数定义

Swap：用于交换两个整型指针所指向的值。
GetMidIndex：实现了“三数取中”策略，用于在数组的一段范围内找出中位数的索引，以优化快速排序的性能。它通过比较数组两端和中间三个元素的值来决定返回哪个索引。

2. 快速排序算法

QuickSort：实现快速排序的核心逻辑。首先调用GetMidIndex选取基准元素，通过一次遍历来将数组分为两部分，一部分小于基准，另一部分大于基准，然后递归地对这两部分继续进行快速排序。此过程确保了最终数组的升序排列。

3. 文件归并排序

_MergeSortFile：负责两个已排序文件的归并操作。它打开两个输入文件，创建一个输出文件，然后逐行读取两个文件中的数字，比较后将较小的数字写入输出文件，直到某个文件读完。之后，将剩余文件的全部内容追加到输出文件末尾，最后关闭所有文件。
MergeSortFile：这是主函数，用于处理大文件的排序。它首先打开原始数据文件，然后分批读取数据到数组a中，每满一组就调用QuickSort排序，将排序后的数据写入到名为sub_sortX的小文件中。之后，通过循环调用_MergeSortFile函数，两两归并这些小文件，最终得到一个完全有序的大文件。此过程动态更新文件名，确保每次归并产生的新文件都能正确参与后续归并。