【C】排序算法之冒泡排序

最新推荐文章于 2024-04-18 17:28:28 发布

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分类专栏： C 文章标签：冒泡排序实现及优化数字排序多个字符串排序通用冒泡排序回调函数

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1. 算法基本思想

以升序为例：

比较相邻的两个数字，若前者大于后者，则交换两个数字的顺序，反之则不交换；（ps:交换两个数字的顺序）
重复上述操作，直到最大的数字沉入最右边，最小的数字浮在最左边为止。

假如有 N 个数字排序，那么需要比较 N - 1 趟，在每一趟的比较中，比较次数有所不同，第 i 趟比较需要比较 N - 1 - i 次。

2. 源代码

2.1 整型数字排序

void BubbleSort(int *a, int len) {
	int i = 0;
	int j = 0;

	assert(NULL != a);

	for (i = 0; i < len - 1; i++) {
		for (j = 0; j < len - i - 1; j++) {
			if (a[j] > a[j + 1]) {
				a[j] = a[j] ^ a[j + 1];
				a[j + 1] = a[j] ^ a[j + 1];
				a[j] = a[j] ^ a[j + 1];
			}
		}
	}

	return;
}

不足：即使所给数字是有序的，上述算法仍会对其进行一趟又一趟的比较，这样效率太低。

改进：考虑设置一个标志位，假如在某一趟比较中没有发生任何数字的交换，那么说明此刻已经是一个有序的序列，不需要再进行比较了。

首先设置一个标志位 flag = 1，每次进入循环后先把 flag 置 0，假如发生了数字交换，再把 flag 置 1，最后判断 flag 的值，假如为 0 则结束循环。

void BubbleSort(int *a, int len) {
	int i = 0;
	int j = 0;
	int flag = 1;

	assert(NULL != a);

	while (flag) {
		flag = 0;

		for (i = 0; i < len - 1; i++) {
			for (j = 0; j < len - i - 1; j++) {
				if (a[j] > a[j + 1]) {
					a[j] = a[j] ^ a[j + 1];
					a[j + 1] = a[j] ^ a[j + 1];
					a[j] = a[j] ^ a[j + 1];
					flag = 1;
				}
			}
		}

		if (0 == flag)
			break;
	}

	return;
}

不足：代码繁琐，多次判断 flag 。

改进：考虑在外层循环中同时判断 flag 以及外层循环变量。

void BubbleSort(int *a, int len) {
	int i = 0;
	int j = 0;
	int flag = 1;

	assert(NULL != a);

	for (i = 0; (flag) && (i < len - 1); i++) {
		for (j = 0; j < len - i - 1; j++) {
			flag = 0;

			if (a[j] > a[j + 1]) {
				a[j] = a[j] ^ a[j + 1];
				a[j + 1] = a[j] ^ a[j + 1];
				a[j] = a[j] ^ a[j + 1];
				flag = 1;
			}
		}
	}

	return;
}

当然，也可以使用指针来实现冒泡排序。

void BubbleSort(int *pArr, int len) {
	int *left = pArr;
	int *right = pArr + len - 1;
	int *current = pArr;
	int flag = 1;

	assert(NULL != pArr);

	for (left = pArr; (left < right) && (flag); right--) {
		flag = 0;

		for (current = pArr; current < right; current++) {
			if (*current > *(current + 1)) {
				*current = (*current) ^ (*(current + 1));
				*(current + 1) = (*current) ^ (*(current + 1));
				*current = (*current) ^ (*(current + 1));
				flag = 1;
			}
		}
	}

	return;
}

2.2 输入输出函数及主函数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

#define ARRAY_LEN 4

void Input(int *pNum, int length) {
	int k = 0;

	if ((NULL != pNum) && (length > 0)) {
		for (k = 0; k < length; k++) {
			printf("请输入第%d个数字：", k+1);
			scanf("%d", &pNum[k]);
		}
	} else {
		exit(1);
	}
	
	return;
}

void Output(int *p, int le) {
    int m = 0;
    if ((NULL != p) && (le > 0)) {
        for (m = 0; m < le; m++) {
            printf("%d ", p[m]);
        }
    } else {
        exit(1);
    }

    printf("\n");

    return;
}

int main(void) {
	int arr[ARRAY_LEN] = {0};
	
	Input(arr, ARRAY_LEN);

	printf("排序之前的数字分别是:\n");
	Output(arr, ARRAY_LEN);

	printf("排序之后的数字分别是:\n");
	BubbleSort(arr, ARRAY_LEN);
	Output(arr, ARRAY_LEN);

	return 0;
}

2.3 字符串排序

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>

void StringBubbleSort(char **str, int len) {
    int i = 0;
    int flag = 1;

    assert((NULL != str));

    for (i = 0; (i < len - 1) && (flag); i++) {
        int j = 0;
        flag = 0;

        for (j = 0; j < len - 1 - i; j++) {
            if (strcmp(str[j], str[j + 1]) > 0) {
                char * tmp = str[j];
                str[j] = str[j + 1];
                str[j + 1] = tmp;
                flag = 1;
            }
        }
    }

    return;
}

void OutputStr(char **str, int len) {
    int i = 0;
    assert((NULL != str));

    for (i = 0; i < len; i++) {
        printf("%s ", str[i]);
    }

    printf("\n");

    return;
}

int main(void) {
	char *str[] = {"the","world","change"};
	int len = sizeof(str) / sizeof(char *);

	printf("before: ");
	OutputStr(str, len);
	StringBubbleSort(str, len);
	printf("after: ");
	OutputStr(str, len);

	return 0;
}

2.4 通用冒泡排序

void Swap(char *s1, char *s2, int width) {
	int i = 0;

	assert((NULL != s1) && (NULL != s2));

	for (i = 0; i < width; i++) {
		char tmp = *s1;
		*s1 = *s2;
		*s2 = tmp;
		s1++;
		s2++;
	}

	return;	
}

void CommonBubbleSort(void * base, int len, int width, 
                        int (*cmp)(const void * e1, const void * e2)) {
	int i = 0;
	int j = 0;

	assert((NULL != base) && (NULL != cmp));

	for (i = 0; i < len - 1; i++) {
		for (j = 0; j < len - i - 1; j++) {
			if (cmp((char *)base + width * j, (char *)base + width * (j + 1)) > 0) {
				Swap((char *)base + width * j, (char *)base + width * (j + 1), width);
			}
		}
	}

	return;
}

接下来以排序结构体中的姓名为例，

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>

struct Student {
	char name[20];
	int age;
};

int CmpStructName(const void *e1, const void *e2) {
	assert((NULL != e1) && (NULL != e2));

	return strcmp(((struct Student *)e1)->name, ((struct Student *)e2)->name);
}

void PrintStructData(struct Student stu[], int len) {
	int i = 0;

	for (i = 0; i < len; i++) {
		printf("name = %s, age = %d\n", stu[i].name, stu[i].age);
	}

	printf("\n");

	return;
}

int main(void) {
	struct Student stu[3] = {{"zhangsan", 20}, {"lisi", 15}, {"wangwu", 30}};
	int len = sizeof(stu) / sizeof(struct Student);

	// 对结构体中的名字进行排序
	printf("before:\n");
	PrintStructData(stu, len);
	CommonBubbleSort(stu, len, sizeof(struct Student), CmpStructName);
	printf("after:\n");
	PrintStructData(stu, len);

	return 0;
}