实现bubble_sort<冒泡法>

本文介绍了一种通用的冒泡排序算法实现,该算法能够对不同类型的数组进行排序。通过提供一个比较函数指针作为参数,实现了算法的灵活性。文章包含了一个具体的C语言示例,演示了如何使用此冒泡排序函数对整数数组进行排序。

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自己实现一个bubble_sort(冒泡排序),可以完成不同类型数据的排序。

#include <stdio.h>

int compare(void* elem1,void* elem2)
{
    return (*(int*)elem1)-(*(int*)elem2);
}
void bubble_sort(int * arr,int sz,int (*cmp)(void* elem1,void* elem2))
{
    int i = 0;
    int j = 0;
    for (i=0; i<sz; i++)
    {
        for (j=0; j<sz-i-1; j++)
        {
            if ((*cmp)(&arr[j],&arr[j+1])>0)
            {
                arr[j] ^= arr[j+1];
                arr[j+1] ^= arr[j];
                arr[j] ^= arr[j+1];
            }
        }
    }   
}

void Print(int * arr,int sz)
{
    int i = 0;
    for (i=0; i<sz; i++)
    {
        printf("%d ",arr[i]);
    }
    printf("\n");
}
int main()
{
    int arr[] = {9,8,7,6,5,4,3,2,1,0};
    int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    Print(arr,sz);

    bubble_sort(arr,sz, &compare);
    Print(arr,sz);

    return 0;
}
<think>我们正在实现一个整数数组的冒泡排序函数函数原型为:voidbubble_sort(inta[],unsignedintsize);冒泡排序的基本思想:重复地遍历数组,每次比较相邻的两个元素,如果顺序错误(例如,我们想要升序,但前一个大于后一个)就交换它们。每一轮遍历都会将最大的元素“冒泡”到正确的位置(数组末尾)。因此,对于n个元素,我们需要n-1轮遍历。在每一轮中,由于末尾部分已经有序,内层循环可以减少比较次数。步骤:1.外层循环控制轮数,共size-1轮(因为最后剩下一个元素自然有序)。2.内层循环对未排序部分进行相邻元素比较和交换。每一轮内层循环的次数为size-1减去当前轮数(因为每轮都会有一个元素被放到正确位置)。注意:如果在一轮内层循环中没有发生交换,说明数组已经有序,可以提前终止排序(优化)。函数实现:我们可以先写一个基础版本,然后再考虑加入优化(提前终止)。基础版本:for(i=0;i< size-1;i++){//外层循环,进行size-1轮for(j=0;j< size-1-i;j++){//内层循环,相邻比较if(a[j]>a[j+1]){//升序排序,如果前一个大于后一个,交换inttemp=a[j];a[j]=a[j+1];a[j+1]=temp;}}}优化版本(加入交换标志):intflag;//标志是否有交换发生for(i=0;i< size-1;i++){flag=0;//每轮开始时,重置标志for(j=0;j< size-1-i;j++){if(a[j]>a[j+1]){inttemp=a[j];a[j]=a[j+1];a[j+1]=temp;flag=1;//发生交换}}if(flag==0){//一轮下来没有交换,说明数组已经有序break;}}注意:参数中数组a[]和数组大小size。下面我们用C语言实现优化版本的冒泡排序函数。</think> 以下是使用 C 语言实现整数数组冒泡排序函数 `bubble_sort` 的完整解决方案,包含详细注释和优化步骤: ```c #include <stdbool.h> // 用于 bool 类型 void bubble_sort(int a[], unsigned int size) { // 处理边界情况:空数组或单元素数组 if (size <= 1) return; bool swapped; // 交换标志位,用于优化 unsigned int n = size; do { swapped = false; // 每轮遍历前重置标志位 for (unsigned int i = 0; i < n - 1; i++) { // 比较相邻元素(注意这里使用严格大于而非>=,确保稳定性) if (a[i] > a[i + 1]) { // 三变量法交换元素 int temp = a[i]; a[i] = a[i + 1]; a[i + 1] = temp; swapped = true; // 标记发生交换 } } n--; // 每轮遍历后,最后元素已排序,减少比较范围 } while (swapped); // 若一轮无交换,则提前终止[^1][^3] } ``` ### 算法说明与特性 1. **核心机制**: - 反复遍历数组,**比较相邻元素** - 发现逆序时(如 `a[i] > a[i+1]`)**立即交换** - 每轮将**最大元素"冒泡"至末尾**[^2] 2. **时间与空间复杂度**: $$ \begin{cases} \text{最优: } & O(n) & \text{(已排序数组)} \\ \text{平均: } & O(n^2) \\ \text{最差: } & O(n^2) & \text{(完全逆序)} \end{cases} $$ 空间复杂度:$O(1)$(原地排序) 3. **关键优化**: - **交换标志位**:检测是否已有序,提前终止循环[^1][^3] - **动态缩小范围**:每轮后减少比较范围(`n--`) - **稳定性**:使用 `>` 而非 `>=` 保持相等元素原始顺序 ### 使用示例 ```c #include <stdio.h> int main() { int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90}; unsigned int size = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); bubble_sort(arr, size); printf("排序结果: "); for (unsigned int i = 0; i < size; i++) { printf("%d ", arr[i]); } // 输出: 11 12 22 25 34 64 90 return 0; } ``` ### 与 qsort 的性能对比 [^1] | 特性 | `bubble_sort` | `qsort` | |--------------------|---------------|--------------| | 时间复杂度(平均) | $O(n^2)$ | $O(n \log n)$| | 内存占用 | $O(1)$ | $O(\log n)$ | | 适用场景 | 小型数据集 | 大型数据集 | | 稳定性 | 稳定 | 依赖比较函数|
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