进阶指针（三）--- qsort函数(快速排序)的使用和（用冒泡排序）模拟实现

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进阶指针（三）

  • 8.回调函数（下）
    • 8.2 qsort函数的使用
      • 8.2.1 介绍：
      • 8.2.1 用qsort函数排序整型数组
      • 8.2.3 用qsort函数排序结构体数组
    • 8.3 用冒泡排序模拟实现qsort函数的快速排序
      • 8.3.1 回顾冒泡排序
      • 8.3.2 开始模拟
      • 8.3.3 代码展示
      • 8.3.4 用新的冒泡排序函数排序整型数组
      • 8.3.5 用新的冒泡排序函数排序结构体数组
  • 总结

8.回调函数（下）

我们接着上次的回调函数开始讲解剩下的qsort部分，如果没看过的话，大家可以先看看进阶C语言（二）

8.2 qsort函数的使用

8.2.1 介绍：

回调函数的案例：qsort

  • qsort是一个库函数，头文件是stdlib.h，声明头文件后可直接使用。
  • qsort是底层使用的快速排序的方式，是对数据进行排序的。
  • qsort可以用来排序任意类型的数据。

我们可以在网站cplusplus中查询这个函数的使用方法。
来自网络截图

qsort函数，有四个参数： 
void qsort(void* base,//待排序数组的第一个元素的地址，并将其转化为void*型size_t num,//待排序数组的元素的个数size_t size,//待排序数组的一个元素的大小（单位字节）int (*compar)(const void* e1, const void* e2)//函数指针---compar指向了一个函数，这个函数是用来比较两个元素的; //e1,e2中存放的是需要比较的两个元素的的地址);
compar函数: 
//举例： 
比较函数--提供整型数据的比较方法 
int compar(const void* e1, const void* e2)  
{ 		return *(int*)e1 - *(int*)e2;//升序排序， 	
//当结果>0（e1指向的元素位于e2之后）时，返回一个>0的数； 	 	 
//当结果==0（e1指向的元素和e2指向的元素相同），返回0；
//当结果<0（e1指向的元素位于e2之前）时，返回一个<0的数； 
}
注意重点：

1.排序整型数组，两个元素可以直接用>比较
2.排序结构体数组，两个结构体的数据可能不能直接使用>比较，
》也就是说，不同类型的数据，比较大小的方式有差异。

  • void* 是无具体类型的指针类型
  • void* 类型的指针可以存放各种类型数据的地址
  • void* 类型的指针不能解引用，也不能进行 ± 整数的操作(因为是无类型，不知道要跳过几个字节)

void* 类型的指针不能解引用，我们可以先强转为其它类型再进行±操作。
qsort并不知道它要排序的数组中元素的类型，并且不同类型数据的比较方式不同。
所以在使用qsort之前，要先给它提供要比较的类型数据的比较方法。

8.2.1 用qsort函数排序整型数组

用qsort函数排序整型数组#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>//比较函数--提供整型数据的比较方法
int int_compar(const void* e1, const void* e2)
{return *(int*)e1 - *(int*)e2;//升序排序，//当结果>0（e1指向的元素位于e2之后）时，返回一个>0的数；//当结果==0（e1指向的元素等于e2指向的元素）时，返回0；//当结果<0（e1指向的元素位于e2之前）时，返回一个<0的数；
}//打印函数
void print(int arr[], size_t sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}printf("\n");
}int main()
{int arr[] = { 0,9,8,7,6,5,4,3,2,1 };size_t sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);print(arr, sz);//快速排序qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), int_compar);print(arr, sz);return 0;
}

8.2.3 用qsort函数排序结构体数组

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>//结构体
struct Stu
{char name[20];int age;
};按年龄排序
打印函数
//void print_test1(struct Stu *s1, size_t sz)
//{
//	int i = 0;
//	for (i = 0; i < sz; i++)
//	{
//		printf("%s %d ", s1[i].name, s1[i].age);
//	}
//	printf("\n");
//}
//
比较函数
//int compare_age(const void* e1, const void* e2)
//{
//	return ((struct Stu*)e1)->age - ((struct Stu*)e2)->age;
//}
//
//void test1()
//{
//	struct Stu s1[] = { {"zhangsan", 20},{"lisi", 12},{"wangwu", 30} };
//	size_t sz = sizeof(s1) / sizeof(s1[0]);
//
//	print_test1(s1, sz);//排序前
//	qsort(s1, sz, sizeof(s1[0]), compare_age);
//	print_test1(s1, sz);
//}//按名字字母ASCII从小到大排序
//打印函数
void print_test2(struct Stu* s2, size_t sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%s %d ", s2[i].name, s2[i].age);}printf("\n");
}//比较函数
int compare_name(const void* e1, const void* e2)
{return strcmp(((struct Stu*)e1)->name, ((struct Stu*)e2)->name);
}void test2()
{struct Stu s2[] = { {"zhangsan", 20},{"lisi", 12},{"wangwu", 30} };size_t sz = sizeof(s2) / sizeof(s2[0]);print_test2(s2, sz);//排序前qsort(s2, sz, sizeof(s2[0]), compare_name);print_test2(s2, sz);
}int main()
{//test1();test2();return 0;
}

8.3 用冒泡排序模拟实现qsort函数的快速排序

目标： 包含回调函数，使用冒泡排序的算法，模拟实现一个排序函数(qsort)，可以排序任意类型的数据。

8.3.1 回顾冒泡排序

冒泡排序的思想： 两两相邻的元素进行比较

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

//冒泡排序
#include <stdio.h>//冒泡排序函数
void bubble_sort(int arr[], size_t sz)
{int i = 0;//冒泡排序的趟数for (i = 0; i < sz-1; i++){int j = 0;//每趟要比较的对数for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++){//判断是否要交换if (arr[j] > arr[j + 1]){//交换int tmp = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = tmp;}		}}
}//打印函数
void print_arr(int arr[], size_t sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}printf("\n");
}void test()
{int arr[] = { 9,8,7,6,5,4,3,2,1,0 };//降序size_t sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);print_arr(arr, sz);//排序前//升序排列bubble_sort(arr, sz);print_arr(arr, sz);//排序后
}int main()
{test();return 0;
}

8.3.2 开始模拟

通过上面对冒泡排序的回顾，我们得到冒泡排序函数的基本框架：

//冒泡排序函数
void bubble_sort(int arr[], size_t sz)
{int i = 0;//冒泡排序的趟数for (i = 0; i < sz-1; i++){int j = 0;//每趟要比较的对数for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++){//判断是否要交换if (arr[j] > arr[j + 1]){//交换int tmp = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = tmp;}		}}
}
qsort函数：

在这里插入图片描述

如何模拟：

  1. 首先要给冒泡排序函数传递数组的首元素地址，
    因为我们要模仿qsort排序任意类型的数据，所以形参要能接收任意类型的地址。
    上篇文章讲了void* 类型的指针可以接收任意类型的地址，所以参数我们可以这样写bubble_sort(void *base)

  2. 想要给任意一个数组排序，都要先知道数组有几个元素，
    因为计算数组 / 元素大小的操作数sizeof的返回值是size_t类型的，
    所以参数可以写成bubble_sort(void *base, size_t num)

  3. 有了首元素地址和数组元素个数还不够，还不能知道每个元素的地址。
    站在冒泡排序函数的角度并不知道传来的是什么类型的地址，所以不能通过指针+1的方式找到下一个元素的地址，
    在这里插入图片描述
    但是我们可以将要排序数组每个元素的大小（字节）传过来，知道了一个元素有几个字节，指针跳过这几个字节就指向了下一个元素。 所以参数可以写成bubble_sort(void *base, size_t num, size_t size)

  4. 进阶指针（三）中讲过，不同类型的数据比较大小的方式可能不同， 所以要排序数据的程序员需要先给冒泡排序函数 传 数据的比较函数，冒泡排序函数用函数指针接收，所以参数可以写成 bubble_sort(void *base, size_t num, size_t size, int compar(const void *e1, const void *e2))

  5. 比较函数:
    int compar(const void *e1, const void *e2)
    因为要排序多种类型的数据，所以要用void*类型的指针接收。
    e1是一个指针，存放一个要比较元素的地址
    e2是一个指针，存放一个要比较元素的地址
    e1指向的元素 > e2指向的元素，返回 > 0的整型数字
    e1指向的元素 == e2指向的元素，返回整型数字0
    e1指向的元素 < e2指向的元素，返回 < 0的整型数字
    这也是比较函数返回类型是int的原因。

  6. 在冒泡排序函数中要调用比较函数，来判断两个元素是否需要交换，返回值>0交换。
    比较函数中的参数应该填要比较元素，那就要先找到元素的地址。
    站在冒泡排序函数的角度并不知道传来的是什么类型的地址，所以不能通过指针+1的方式找到下一个元素的地址。
    已知首元素的地址，元素的个数num，一个元素占size字节，我们可以将首元素的地址强转成char*型的，指针向后移size个字节就指向了下一个元素，（一个size个字节大小的元素的地址，在数值上==这个元素所占的第一个字节的地址）
    (char *) base + size * 1 就是下标为1的元素的地址，
    (char *)base + size * j 是下标为 j 的元素的地址,
    (char *)base + size * (j+1) 是下标为 j+1 的元素的地址。
    在这里插入图片描述

//冒泡排序函数
void bubble_sort(const void *base, size_t num, size_t size, int compar(const void *e1, const void *e2))
{int i = 0;//冒泡排序的趟数for (i = 0; i < num-1; i++){int j = 0;//每趟要比较的对数for (j = 0; j < num - 1 - i; j++){//判断是否要交换if ((compar((char*)base + size*j, (char*)base + size*(j+)) > 0){//交换int tmp = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = tmp;}		}}
}
  1. 如果两个元素需要交换，因为站在冒泡排序函数的角度不知道有排序数组的类型，所以不能直接用 * 解地址将元素整个交换。（*访问的范围是类型的大小）。
    我们知道一个元素有size个字节，所以可以一个字节一个字节的交换，先创建一个字节的空间用来过渡，通过这个空间来交换。
    在这里插入图片描述
//注意：函数不能嵌套定义
//交换函数
void swap(char *buf1, char *buf2)
{char tmp = *buf1;*buf1 = *buf2;*buf2 = tmp;
} //判断是否要交换
if ((compar((char*)base + size*j, (char*)base + size*(j+)) > 0)
{//交换swap((char*)base + size*j, (char*)base + size*(j+1))
}

8.3.3 代码展示

//交换函数
void swap(char *buf1, char *buf2)
{char tmp = *buf1;*buf1 = *buf2;*buf2 = tmp;
} //冒泡排序函数---泛型编程-什么类型都支持的编程
void bubble_sort(const void *base, size_t num, size_t size, int compar(const void *e1, const void *e2))
{int i = 0;//冒泡排序的趟数for (i = 0; i < num-1; i++){int j = 0;//每趟要比较的对数for (j = 0; j < num - 1 - i; j++){//判断是否要交换if ((compar((char*)base + size*j, (char*)base + size*(j+)) > 0)//此时，compar指向的函数就是回调函数{//交换swap((char*)base + size*j, (char*)base + size*(j+1))}		}}
}

8.3.4 用新的冒泡排序函数排序整型数组

#include <stdio.h>通用冒泡函数
//交换函数
void swap(char* buf1, char* buf2, size_t size)
{int i = 0;for (i = 0; i < size; i++){char tmp = *buf1;*buf1 = *buf2;*buf2 = tmp;buf1++;buf2++;}
}//泛型编程---什么类型都支持的编程
void bubble_sort(const void* base, size_t num, size_t size, int compar(const void* e1, const void* e2))
{int i = 0;//冒泡排序的趟数for (i = 0; i < num - 1; i++){//一趟冒泡排序int j = 0;for (j = 0; j < num - 1 - i; j++){//通过比较判断两个元素是否需要交换if (compar((char*)base + size * j, (char*)base + size * (j + 1)) > 0){//交换swap((char*)base + size * j, (char*)base + size * (j + 1), size);}}}
}//打印函数
void print_test1(int* arr, size_t sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}printf("\n");
}//比较函数
int compare_int(const void* e1, const void* e2)
{return *(int*)e1 - *(int*)e2;
}//主要程序
void test1()
{int arr[] = { 0,9,8,7,6,5,4,3,2,1 };size_t sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);print_test1(arr, sz);bubble_sort(arr, sz, sizeof(arr[0]), compare_int);print_test1(arr, sz);
}int main()
{test1();return 0;
}

8.3.5 用新的冒泡排序函数排序结构体数组

注意：
  • ->的优先级比 强制转换操作符 高。
  • strcmp用来比较字符串，头文件是string.h
  • 函数在使用之前要先声明，函数的定义也是一种特殊的声明
#include <stdio.h>
#include <string.h>通用冒泡函数
//交换函数
void swap(char* buf1, char* buf2, size_t size)
{int i = 0;for (i = 0; i < size; i++){char tmp = *buf1;*buf1 = *buf2;*buf2 = tmp;buf1++;buf2++;}
}//泛型编程---什么类型都支持的编程
void bubble_sort(const void* base, size_t num, size_t size, int compar(const void* e1, const void* e2))
{int i = 0;//冒泡排序的趟数for (i = 0; i < num-1; i++){//一趟冒泡排序int j = 0;for(j=0; j<num-1-i; j++){//通过比较判断两个元素是否需要交换if (compar((char*)base + size * j, (char*)base + size * (j + 1)) > 0){//交换swap((char*)base + size * j, (char*)base + size * (j + 1), size);}}}
}//结构体
struct Stu
{char name[20];int age;
};按年龄比较
比较函数——给排序函数提供要排序的数据的比较方法。函数在使用之前要先声明，函数的定义也是一种特殊的声明
//int compar_age(const void* e1, const void* e2)
//{
//	return ((struct Stu*)e1)->age - ((struct Stu*)e2)->age;
//}
//
//
//
打印函数
//void print_test1(struct Stu* S1, size_t sz)
//{
//	int i = 0;
//	for (i = 0; i < sz; i++)
//	{
//		printf("%s %d  ", S1[i].name, S1[i].age);
//	}
//	printf("\n");
//}
//
//
主要程序
//void test1()
//{
//	struct Stu S1[] = { {"zhangsan", 20},{"lisi", 12},{"wangwu", 30} };
//	size_t sz = sizeof(S1) / sizeof(S1[0]);
//
//	print_test1(S1, sz);//排序前
//
//	bubble_sort(S1, sz, sizeof(S1[0]), compare_age);//按年龄排序
//	print_test1(S1, sz);//排序后
//}//按名字的字母大小(ASCII)从小到大排序//打印函数
void print_test2(struct Stu* S2, size_t sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%s %d ", S2[i].name, S2[i].age);}printf("\n");
}//比较函数
int compare_name(const void *e1, const void *e2)
{return strcmp(((struct Stu*)e1)->name, ((struct Stu*)e2)->name);//->的优先级比 强制转换操作符 高。strcmp用来比较字符串，头文件是string.h
}//主要程序
void test2()
{struct Stu S2[] = { {"zhangsan", 20},{"lisi", 12},{"wangwu", 30} };size_t sz = sizeof(S2) / sizeof(S2[0]);print_test2(S2, sz);//排序前bubble_sort(S2, sz, sizeof(S2[0]), compare_name);//按名字排序print_test2(S2, sz);
}int main()
{//test1();test2();
}

总结

本篇文章我们学习了qsort函数，如何用冒泡排序模拟qsort函数实现能够排序任意类型的数据。最后，感谢大家的阅读！大家一起进步！

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