用 C 语言实现通用的冒泡排序算法

在日常编程中，排序算法是一个非常常见且重要的工具。虽然有许多排序算法可以选择，但如果你需要一个能够处理不同数据类型的排序算法，如何设计一个通用的排序算法呢？今天我们将实现一个通用的冒泡排序算法，支持不同数据类型的排序，并且使用函数指针来提供灵活的比较方式。

1. 冒泡排序算法简介

冒泡排序是一种简单的排序算法，其工作原理是通过不断交换相邻元素，使得每次遍历都能将最大的元素“冒泡”到数组的末端。它的时间复杂度是 O(n²)，虽然不适合排序大数据量的情况，但由于实现简单，它仍然是学习排序算法时非常有用的工具。

2. 通用冒泡排序的实现思路

我们要实现一个通用的冒泡排序，即可以处理任意类型的数组（整数、浮点数、字符串等）。为了实现这一点，我们需要考虑以下几个要点：

类型无关性：使用 void * 来表示数组元素，这样可以让函数支持处理任意类型的数据。
比较函数：使用函数指针来允许用户定义比较逻辑，确保排序可以根据用户的需求进行。
内存操作：我们将使用 memcpy 来交换数组元素，这样可以处理任意大小的元素。

3. 代码实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>// 通用比较函数的类型
typedef int (*CompareFunc)(const void *, const void *);// 通用冒泡排序函数
void bubbleSort(void *base, size_t num, size_t size, CompareFunc compare) {unsigned char *arr = (unsigned char *)base;for (size_t i = 0; i < num - 1; i++) {int swapped = 0;for (size_t j = 0; j < num - i - 1; j++) {unsigned char *a = arr + j * size;unsigned char *b = arr + (j + 1) * size;if (compare(a, b) > 0) {unsigned char temp[size];memcpy(temp, a, size);memcpy(a, b, size);memcpy(b, temp, size);swapped = 1;}}if (!swapped) {break;}}
}// 示例比较函数：用于排序整数
int compareInt(const void *a, const void *b) {return (*(int *)a - *(int *)b);
}// 示例比较函数：用于排序浮点数
int compareFloat(const void *a, const void *b) {if (*(float *)a < *(float *)b) return -1;if (*(float *)a > *(float *)b) return 1;return 0;
}// 打印数组的函数
void printArray(void *base, size_t num, size_t size, void (*printElem)(const void *)) {unsigned char *arr = (unsigned char *)base;for (size_t i = 0; i < num; i++) {printElem(arr + i * size);}printf("\n");
}// 打印整数数组元素
void printInt(const void *a) {printf("%d ", *(int *)a);
}// 打印浮点数数组元素
void printFloat(const void *a) {printf("%.2f ", *(float *)a);
}int main() {// 测试整数数组int arrInt[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};size_t numInt = sizeof(arrInt) / sizeof(arrInt[0]);printf("排序前的整数数组: ");printArray(arrInt, numInt, sizeof(int), printInt);bubbleSort(arrInt, numInt, sizeof(int), compareInt);printf("排序后的整数数组: ");printArray(arrInt, numInt, sizeof(int), printInt);// 测试浮点数数组float arrFloat[] = {64.5, 34.2, 25.1, 12.9, 22.7, 11.6, 90.3};size_t numFloat = sizeof(arrFloat) / sizeof(arrFloat[0]);printf("排序前的浮点数数组: ");printArray(arrFloat, numFloat, sizeof(float), printFloat);bubbleSort(arrFloat, numFloat, sizeof(float), compareFloat);printf("排序后的浮点数数组: ");printArray(arrFloat, numFloat, sizeof(float), printFloat);return 0;
}

代码解析

bubbleSort 函数：
- 我们使用 void *base 来表示数组指针，使得这个函数能够处理不同类型的数组。
- size_t size 表示每个元素的大小，CompareFunc compare 是一个函数指针，允许用户传入自定义的比较函数。
- 在排序过程中，我们通过 memcpy 来交换元素，因为 void * 是不确定类型的指针，直接操作可能会出错。
compareInt 和 compareFloat 函数：
- compareInt 函数用于比较整数，compareFloat 函数用于比较浮点数。你可以根据需要，定义更多的比较函数来支持其他数据类型。
printArray 函数：
- 该函数用于打印数组，支持任何类型的元素。通过传入打印函数 printElem，我们可以根据不同的数据类型打印不同的元素。

示例输出

排序前的整数数组: 64 34 25 12 22 11 90 
排序后的整数数组: 11 12 22 25 34 64 90 
排序前的浮点数数组: 64.50 34.20 25.10 12.90 22.70 11.60 90.30 
排序后的浮点数数组: 11.60 12.90 22.70 25.10 34.20 64.50 90.30