通过C和C++编程语言分别实现冒泡排序，选择排序，插入排序，快速排序，归并排序算法

于 2025-02-20 14:28:10 发布
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文章标签： c++ c#
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冒泡排序（Bubble Sort）

定义：
冒泡排序是一种简单的排序算法。它重复地遍历要排序的数列，一次比较两个元素，如果它们的顺序错误就把它们交换过来。遍历数列的工作是重复进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。

示例：
假设有数组 [5, 3, 8, 4, 2]，经过多次遍历后最终变为 [2, 3, 4, 5, 8]。

C 实现
#include <stdio.h>

// 函数声明
void bubbleSort(int arr[], int n);
void printArray(int arr[], int size);

int main() {
    int arr[] = {5, 3, 8, 4, 2};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    printf("未排序数组: \n");
    printArray(arr, n);
    bubbleSort(arr, n);
    printf("排序后的数组: \n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

// 冒泡排序函数
void bubbleSort(int arr[], int n) {
    int i, j;
    for (i = 0; i < n-1; i++) {
        // 最后i个元素已经是有序的
        for (j = 0; j < n-i-1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j+1]) {
                // 交换 arr[j] 和 arr[j+1]
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j+1];
                arr[j+1] = temp;
            }
        }
    }
}

// 打印数组函数
void printArray(int arr[], int size) {
    int i;
    for (i=0; i < size; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
}
C++ 实现
#include <iostream>
using namespace std;

// 冒泡排序函数
void bubbleSort(int arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n-1; i++) {
        // 最后i个元素已经是有序的
        for (int j = 0; j < n-i-1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j+1]) {
                // 交换 arr[j] 和 arr[j+1]
                swap(arr[j], arr[j+1]);
            }
        }
    }
}

// 打印数组函数
void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++)
        cout << arr[i] << " ";
    cout << endl;
}

int main() {
    int arr[] = {5, 3, 8, 4, 2};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    cout << "未排序数组: \n";
    printArray(arr, n);
    bubbleSort(arr, n);
    cout << "排序后的数组: \n";
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

选择排序（Selection Sort）

定义：
选择排序是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是每一次从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，直到全部待排序的数据元素排完。

示例：
假设有数组 [5, 3, 8, 4, 2]，经过多次选择后最终变为 [2, 3, 4, 5, 8]。

C 实现
#include <stdio.h>

// 函数声明
void selectionSort(int arr[], int n);
void printArray(int arr[], int size);

int main() {
    int arr[] = {5, 3, 8, 4, 2};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    printf("未排序数组: \n");
    printArray(arr, n);
    selectionSort(arr, n);
    printf("排序后的数组: \n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

// 选择排序函数
void selectionSort(int arr[], int n) {
    int i, j, min_idx;
    for (i = 0; i < n-1; i++) {
        // 查找剩余未排序部分中的最小值
        min_idx = i;
        for (j = i+1; j < n; j++)
          if (arr[j] < arr[min_idx])
            min_idx = j;
        // 将找到的最小值与当前位置的值交换
        int temp = arr[min_idx];
        arr[min_idx] = arr[i];
        arr[i] = temp;
    }
}

// 打印数组函数
void printArray(int arr[], int size) {
    int i;
    for (i=0; i < size; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
}
C++ 实现
#include <iostream>
using namespace std;

// 选择排序函数
void selectionSort(int arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n-1; i++) {
        // 查找剩余未排序部分中的最小值
        int min_idx = i;
        for (int j = i+1; j < n; j++)
          if (arr[j] < arr[min_idx])
            min_idx = j;
        // 将找到的最小值与当前位置的值交换
        swap(arr[min_idx], arr[i]);
    }
}

// 打印数组函数
void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++)
        cout << arr[i] << " ";
    cout << endl;
}

int main() {
    int arr[] = {5, 3, 8, 4, 2};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    cout << "未排序数组: \n";
    printArray(arr, n);
    selectionSort(arr, n);
    cout << "排序后的数组: \n";
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

插入排序（Insertion Sort）

定义：
插入排序是一种简单直观的排序算法。它的基本思想是通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。

示例：
假设有数组 [5, 3, 8, 4, 2]，经过多次插入后最终变为 [2, 3, 4, 5, 8]。

C 实现
#include <stdio.h>

// 函数声明
void insertionSort(int arr[], int n);
void printArray(int arr[], int size);

int main() {
    int arr[] = {5, 3, 8, 4, 2};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    printf("未排序数组: \n");
    printArray(arr, n);
    insertionSort(arr, n);
    printf("排序后的数组: \n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

// 插入排序函数
void insertionSort(int arr[], int n) {
    int i, key, j;
    for (i = 1; i < n; i++) {
        key = arr[i];
        j = i - 1;
        // 将大于key的元素向右移动一位
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            j = j - 1;
        }
        arr[j + 1] = key;
    }
}

// 打印数组函数
void printArray(int arr[], int size) {
    int i;
    for (i=0; i < size; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
}
C++ 实现
#include <iostream>
using namespace std;

// 插入排序函数
void insertionSort(int arr[], int n) {
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        int key = arr[i];
        int j = i - 1;
        // 将大于key的元素向右移动一位
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            j = j - 1;
        }
        arr[j + 1] = key;
    }
}

// 打印数组函数
void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++)
        cout << arr[i] << " ";
    cout << endl;
}

int main() {
    int arr[] = {5, 3, 8, 4, 2};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    cout << "未排序数组: \n";
    printArray(arr, n);
    insertionSort(arr, n);
    cout << "排序后的数组: \n";
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

快速排序（Quick Sort）

定义：
快速排序是由东尼·霍尔所发展的一种排序算法。在平均状况下，排序 ( n ) 个项目要 ( O(n\log n) ) 次比较。在最坏状况下则需要 ( O(n^2) ) 次比较，但这种状况并不常见。其工作原理是挑选一个元素作为基准（pivot），然后重新排列数组，所有比基准小的元素摆放在基准前面，所有比基准大的元素摆放在基准后面（相同的数可以到任一边）。这个过程称为分区（partitioning）。之后递归地对基准前后的子数组进行同样的操作。

示例：
假设有数组 [5, 3, 8, 4, 2]，经过快速排序后最终变为 [2, 3, 4, 5, 8]。

C 实现
#include <stdio.h>

// 函数声明
void quickSort(int arr[], int low, int high);
int partition(int arr[], int low, int high);
void printArray(int arr[], int size);

int main() {
    int arr[] = {5, 3, 8, 4, 2};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    printf("未排序数组: \n");
    printArray(arr, n);
    quickSort(arr, 0, n-1);
    printf("排序后的数组: \n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

// 快速排序函数
void quickSort(int arr[], int low, int high) {
    if (low < high) {
        // pi 是分区索引，arr[pi] 已经在正确的位置
        int pi = partition(arr, low, high);
        // 分别对左右两边进行递归排序
        quickSort(arr, low, pi - 1);
        quickSort(arr, pi + 1, high);
    }
}

// 分区函数
int partition(int arr[], int low, int high) {
    int pivot = arr[high];    // 基准点
    int i = (low - 1);  // 较小元素的索引

    for (int j = low; j <= high- 1; j++) {
        // 如果当前元素小于等于基准点
        if (arr[j] <= pivot) {
            i++;    // 增加较小元素的索引
            // 交换 arr[i] 和 arr[j]
            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[j];
            arr[j] = temp;
        }
    }
    // 交换 arr[i+1] 和 arr[high] (或者 pivot)
    int temp = arr[i + 1];
    arr[i + 1] = arr[high];
    arr[high] = temp;
    return (i + 1);
}

// 打印数组函数
void printArray(int arr[], int size) {
    int i;
    for (i=0; i < size; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
}
C++ 实现
#include <iostream>
using namespace std;

// 快速排序函数
void quickSort(int arr[], int low, int high);
int partition(int arr[], int low, int high);

// 打印数组函数
void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++)
        cout << arr[i] << " ";
    cout << endl;
}

int main() {
    int arr[] = {5, 3, 8, 4, 2};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    cout << "未排序数组: \n";
    printArray(arr, n);
    quickSort(arr, 0, n-1);
    cout << "排序后的数组: \n";
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

// 快速排序函数
void quickSort(int arr[], int low, int high) {
    if (low < high) {
        // pi 是分区索引，arr[pi] 已经在正确的位置
        int pi = partition(arr, low, high);
        // 分别对左右两边进行递归排序
        quickSort(arr, low, pi - 1);
        quickSort(arr, pi + 1, high);
    }
}

// 分区函数
int partition(int arr[], int low, int high) {
    int pivot = arr[high];    // 基准点
    int i = (low - 1);  // 较小元素的索引

    for (int j = low; j <= high- 1; j++) {
        // 如果当前元素小于等于基准点
        if (arr[j] <= pivot) {
            i++;    // 增加较小元素的索引
            // 交换 arr[i] 和 arr[j]
            swap(arr[i], arr[j]);
        }
    }
    // 交换 arr[i+1] 和 arr[high] (或者 pivot)
    swap(arr[i + 1], arr[high]);
    return (i + 1);
}

归并排序（Merge Sort）

定义：
归并排序是一种有效的、基于分治法的排序算法。它将一个列表分成更小的子列表来排序，然后合并这些已排序的子列表以形成最终的排序列表。

示例：
假设有数组 [5, 3, 8, 4, 2]，经过归并排序后最终变为 [2, 3, 4, 5, 8]。

C 实现
#include <stdio.h>

// 函数声明
void mergeSort(int arr[], int l, int r);
void merge(int arr[], int l, int m, int r);
void printArray(int arr[], int size);

int main() {
    int arr[] = {5, 3, 8, 4, 2};
    int arr_size = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);

    printf("未排序数组: \n");
    printArray(arr, arr_size);

    mergeSort(arr, 0, arr_size - 1);

    printf("排序后的数组: \n");
    printArray(arr, arr_size);
    return 0;
}

// 归并排序函数
void mergeSort(int arr[], int l, int r) {
    if (l < r) {
        // 计算中间点
        int m = l+(r-l)/2;
        // 对第一半进行排序
        mergeSort(arr, l, m);
        // 对第二半进行排序
        mergeSort(arr, m+1, r);
        // 合并两半
        merge(arr, l, m, r);
    }
}

// 合并函数
void merge(int arr[], int l, int m, int r) {
    int i, j, k;
    int n1 = m - l + 1;
    int n2 = r - m;

    /* 创建临时数组 */
    int L[n1], R[n2];

    /* 复制数据到临时数组 L[] 和 R[] */
    for (i = 0; i < n1; i++)
        L[i] = arr[l + i];
    for (j = 0; j < n2; j++)
        R[j] = arr[m + 1+ j];

    /* 合并临时数组回 arr[l..r]*/
    i = 0; // 初始化第一个子数组的索引
    j = 0; // 初始化第二个子数组的索引
    k = l; // 初始化合并子数组的索引
    while (i < n1 && j < n2) {
        if (L[i] <= R[j]) {
            arr[k] = L[i];
            i++;
        } else {
            arr[k] = R[j];
            j++;
        }
        k++;
    }

    /* 复制 L[] 中剩下的元素 */
    while (i < n1) {
        arr[k] = L[i];
        i++;
        k++;
    }

    /* 复制 R[] 中剩下的元素 */
    while (j < n2) {
        arr[k] = R[j];
        j++;
        k++;
    }
}

// 打印数组函数
void printArray(int arr[], int size) {
    int i;
    for (i=0; i < size; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
}
C++ 实现
#include <iostream>
using namespace std;

// 归并排序函数
void mergeSort(int arr[], int l, int r);
void merge(int arr[], int l, int m, int r);

// 打印数组函数
void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++)
        cout << arr[i] << " ";
    cout << endl;
}

int main() {
    int arr[] = {5, 3, 8, 4, 2};
    int arr_size = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);

    cout << "未排序数组: \n";
    printArray(arr, arr_size);

    mergeSort(arr, 0, arr_size - 1);

    cout << "排序后的数组: \n";
    printArray(arr, arr_size);
    return 0;
}

// 归并排序函数
void mergeSort(int arr[], int l, int r) {
    if (l < r) {
        // 计算中间点
        int m = l+(r-l)/2;
        // 对第一半进行排序
        mergeSort(arr, l, m);
        // 对第二半进行排序
        mergeSort(arr, m+1, r);
        // 合并两半
        merge(arr, l, m, r);
    }
}

// 合并函数
void merge(int arr[], int l, int m, int r) {
    int i, j, k;
    int n1 = m - l + 1;
    int n2 = r - m;

    /* 创建临时数组 */
    int L[n1], R[n2];

    /* 复制数据到临时数组 L[] 和 R[] */
    for (i = 0; i < n1; i++)
        L[i] = arr[l + i];
    for (j = 0; j < n2; j++)
        R[j] = arr[m + 1+ j];

    /* 合并临时数组回 arr[l..r]*/
    i = 0; // 初始化第一个子数组的索引
    j = 0; // 初始化第二个子数组的索引
    k = l; // 初始化合并子数组的索引
    while (i < n1 && j < n2) {
        if (L[i] <= R[j]) {
            arr[k] = L[i];
            i++;
        } else {
            arr[k] = R[j];
            j++;
        }
        k++;
    }

    /* 复制 L[] 中剩下的元素 */
    while (i < n1) {
        arr[k] = L[i];
        i++;
        k++;
    }

    /* 复制 R[] 中剩下的元素 */
    while (j < n2) {
        arr[k] = R[j];
        j++;
        k++;
    }
}
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