无序单链表排序算法(c语言版本)

这是一道非常经典的面试题。我们知道，快速排序的思想是，通过一个基准元素(pivot)，一趟排序就将数据划分为两个部分：左边的部分小于该基准元素，右边的部分大于该基准元素。另外，实现快速排序的关键在于随机访问数据元素，所以快速排序通常都是基于数组来实现的，但是面试中往往会要求对无序单链表进行快排，这就明显不能使用快速排序的基本思想，因为从链表尾部无法向链表头部遍历。

解决方法还是基于快速排序思想，但是是快速排序的一个变形方法，参见我前面的博客

https://blog.youkuaiyun.com/tao_627/article/details/88689382

该思路的详细解读，参见

https://blog.youkuaiyun.com/u010429424/article/details/77776731

下面是我的源码实现

//description: 描述无序单链表的节点排序
//date: 2019-03-20


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


typedef struct ListNode {
    int val;
    struct ListNode *next;
} ListNode;


ListNode* CreateListNode(int value){
    ListNode* pNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    if(pNode == NULL){
        printf("failed to create ListNode\n");
        exit(-1);
    }

    pNode->val = value;
    pNode->next = NULL;
    return pNode;
}

void ConnectListNodes(ListNode* pCurrent, ListNode* pNext){
    if(pCurrent == NULL || pNext == NULL){
        printf("No necessary to connect two nodes\n");
        return;
    }

    pCurrent->next = pNext;
}

void DestroyListNode(ListNode* pNode){
    if(pNode != NULL){
        printf("-----delete list node [%d]-----\n", pNode->val);
        free(pNode);
    }
}

//在表头节点后面拼接n个随机元素的单链表
void CreateList(ListNode **pHead, int n){
    if(pHead == NULL || *pHead == NULL){
        printf("Invalid List header ptr\n");
        exit(-1);
    }

    int i;
    srand(time(0));
    ListNode *pNew, *pNode = *pHead;
    for(i=0; i<n; i++){
        pNew = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
        pNew->val = rand()%100 + 1;
        pNode->next = pNew;

        pNode = pNew;
    }
    pNode->next = NULL;
}

void DestroyList(ListNode* pHead){
    ListNode *pNode = pHead;
    while(pNode != NULL){
        pHead = pNode->next;
        free(pNode);
        pNode = pHead;
    }
}

void PrintList(ListNode* pHead){
    printf("------------print list begin-----------");
    ListNode* pNode = pHead;
    while(pNode != NULL){
        printf("%d ", pNode->val);
        pNode = pNode->next;
    }
    printf("------------print list end-------------");
}

//统计链表长度
int ListSize(ListNode* pHead){
    int len = 0;
    ListNode* pNode = pHead;
    while(pNode != NULL){
        len++;
        pNode = pNode->next;
    }

    return len;
}

ListNode* FindListFoot(ListNode* pHead){
    ListNode* pNode = pHead;
    while(pNode->next != NULL){
        pNode = pNode->next;
    }

    return pNode;
}

//==================业务函数定义到这里=============

void swap(int* a, int* b){
    int t = *a;
    *a = *b;
    *b = t;
}

//使用快速排序算法来确定基准点的位置节点，这是核心处理函数
void Partition(ListNode* pBegin, ListNode* pEnd){
    if(pBegin == NULL || pEnd == NULL || pBegin == pEnd)
        return;

    //定义两个指针
    ListNode* p1 = pBegin;
    ListNode* p2 = pBegin->next;
    int pivot = pBegin->val;

    while(p2 != NULL && p2 != pEnd->next){
        if(p2->val < pivot){
            p1 = p1->next;
            if(p1 != p2){
                swap(&p1->val, &p2->val);
            }
        }
        p2 = p2->next;
    }
    swap(&p1->val, &pBegin->val);
    //此时p1是中值节点

    if(p1->val > pBegin->val)
        Partition(pBegin, p1);
    if(p1->val < pEnd->val)
        Partition(p1->next, pEnd);
}

void QuickSort(ListNode** pHead){
    ListNode* pFoot = FindListFoot(*pHead);
    Partition(*pHead, pFoot);
}

//==================测试代码=======================
void Test(char* testName, ListNode** pHead, int* expectedValues, int expectedLength){
    if(testName != NULL)
        printf("%s begins:\n", testName);

    //======真正要干的活儿==========
    QuickSort(pHead);

    int idx = 0;
    ListNode* pNode = *pHead;
    while(pNode !=NULL && idx < expectedLength){
        if(pNode->val != expectedValues[idx])
            break;

        pNode = pNode->next;
        idx++;
    }

    if(pNode == NULL && idx == expectedLength)
        printf("%s Passed.\n", testName);
    else
        printf("%s FAILED.\n", testName);
}

//--------------下面测试一些特例情况--------------

//某些节点是重复的
void Test1(){
    //构建一个单链表
    ListNode* pNode1 = CreateListNode(11);
    ListNode* pNode2 = CreateListNode(20);
    ListNode* pNode3 = CreateListNode(3);
    ListNode* pNode4 = CreateListNode(3);
    ListNode* pNode5 = CreateListNode(41);
    ListNode* pNode6 = CreateListNode(4);
    ListNode* pNode7 = CreateListNode(51);

    ConnectListNodes(pNode1, pNode2);
    ConnectListNodes(pNode2, pNode3);
    ConnectListNodes(pNode3, pNode4);
    ConnectListNodes(pNode4, pNode5);
    ConnectListNodes(pNode5, pNode6);
    ConnectListNodes(pNode6, pNode7);

    ListNode* pHead = pNode1;

    int expectedValues[] = {3, 3, 4, 11, 20, 41, 51};
    Test("Test1", &pHead, expectedValues, sizeof(expectedValues) / sizeof(int));

    //删除该单链表
    DestroyList(pHead);
}

//没有节点重复
void Test2(){
    //构建一个单链表
    ListNode* pNode1 = CreateListNode(1);
    ListNode* pNode2 = CreateListNode(2);
    ListNode* pNode3 = CreateListNode(3);
    ListNode* pNode4 = CreateListNode(4);
    ListNode* pNode5 = CreateListNode(5);
    ListNode* pNode6 = CreateListNode(6);
    ListNode* pNode7 = CreateListNode(7);

    ConnectListNodes(pNode1, pNode2);
    ConnectListNodes(pNode2, pNode3);
    ConnectListNodes(pNode3, pNode4);
    ConnectListNodes(pNode4, pNode5);
    ConnectListNodes(pNode5, pNode6);
    ConnectListNodes(pNode6, pNode7);

    ListNode* pHead = pNode1;

    int expectedValues[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7};
    Test("Test2", &pHead, expectedValues, sizeof(expectedValues) / sizeof(int));

    //删除该单链表
    DestroyList(pHead);
}


int main(int argc, char** argv){
    Test1();
    Test2();

    return 0;
}

已经测试通过，下面是运行截图