C语言实现快速排序

本网站用的阿里云ECS,推荐大家用。自己搞个学习研究也不错
我觉得冒泡排序是比较简单的;所以今天我们实现一个叫做快速排序的;

Problem

你想要将(4,3,5,1,2)排序成(1,2,3,4,5)

你决定使用最简单的快速排序;

Solution

首先,打开你的terminal,我写得C代码通常都是用vi编辑,gcc编译;

vim quickSortSample.c

因为,快速排序需要对数据进行分割然后处理,再分割再处理;

显然需要一个递归的过程;

所以,我们先把递归结束条件写好;

#include

void quick_sort( int *a, int n)
{
    int i, j, p, tmp;
    if (n < 2)  return;                                                                 
}

也就是说,当输入只有一个数字就没有必要排序啦!直接返回;

void quick_sort( int *a, int n)
{
    int i, j, p, tmp;
    if (n < 2)  return;                                                                 

    p = a[n / 2];  // Get the middle element as pivot ..                               

    for ( i = 0, j = n -1;; i++, j–) {                                                 

    //TODO …

    }     
}

注意: p = a[n / 2];的目地是获取数组中得中间位置的数据;

我们都知道,数组下标是整数,因此,如果n=3那么n/2应该是1,此时正好平分数组;

若是,n=4那么n/2应该是2,而此时它们就不完全是平分数组啦;

for循环的作用是为了从前后两个方向分别遍历;

void quick_sort( int *a, int n)
{
    int i, j, p, tmp;
    if (n < 2)  return;                                                                 

    p = a[n / 2];  // Get the middle element as pivot ..                               

    for ( i = 0, j = n -1;; i++, j–) {                                                 
        while (a[i] < p)                                                                 
            i++;
        while (p < a[j])                                                                 
            j–;
    }         
}

注意:我们在for循环中又进行啦while循环;

它的作用是对元素进行遍历,假设左边的数据没有p中保存的元素大,那么继续寻找,并且把i自增;

当找到比p大的或者相等得则停止第一个while循环;

例如:如果数组(2,5,3,1,4)那么p显然是3,当while循环发现5大于3时停止循环,此时i=1;

同理,第二个while循环中,p依然是3,当while循环第一次发现4大于3则继续循环此时j=4;

当while循环到j=3时,得到的元素是1,1不大于3所以停止循环,此时得到的j=3;

好啦!那么我们知道在for循环中没有明确指定循环停止条件;

它该什么时候停止呢?

void quick_sort( int *a, int n)
{
    int i, j, p, tmp;
    if (n < 2)  return;                                                                 

    p = a[n / 2];  // Get the middle element as pivot ..                               

    for ( i = 0, j = n -1;; i++, j–) {                                                 
        while (a[i] < p)                                                                 
            i++;
        while (p < a[j])                                                                 
            j–;
        if ( i >= j)
            break;
    } 
}

注意:当i>=j意味着此时数据已经全部遍历完了;

因为i与j分布在数组左右两部分,当它们重合,当然也就表明它们遍历完啦;

刚才,我们的两个while循环分别找到啦一个左边比p大得元素,和一个右边比p小的数字;

显然这两个元素应该交换位置的;

那么怎么实现呢;

void quick_sort( int *a, int n)
{
    int i, j, p, tmp;
    if (n < 2)  return;                                                                 

    p = a[n / 2];  // Get the middle element as pivot ..                               

    for ( i = 0, j = n -1;; i++, j–) {                                                 
        while (a[i] < p)                                                                 
            i++;
        while (p < a[j])                                                                 
            j–;
        if ( i >= j)
            break;
        tmp = a[i]; a[i] = a[j]; a[j] = tmp;    //swap both ..                           
    } 
}

我们看到了,在冒泡排序中也用到得交换语句;

此时我们完全遍历了一遍数组;

我们在main函数中测试一下;

#include

void quick_sort( int *a, int n)
{
    int i, j, p, tmp;
    if (n < 2)  return;

    p = a[n / 2];  // Get the middle element as pivot ..

    for ( i = 0, j = n -1;; i++, j–) {
        while (a[i] < p)
            i++;
        while (p < a[j])
            j–;
        if ( i >= j)
            break;
        tmp = a[i]; a[i] = a[j]; a[j] = tmp;    //swap both ..
    } 
}

int main(void)
{
    int a[] = { 2, 5, 3, 1, 4};
    int n = sizeof a /sizeof a[0];
    int i;
    for (i = 0; i < n; i++)
        printf(“%d%s”, a[i], i == n -1 ? “n” : ” “);
    quick_sort(a, n);
    for (i = 0; i < n; i++)
        printf(“%d%s”, a[i], i == n -1 ? “n” : ” “);
   
    return 0;
}

main函数的语句都非常容易懂,就不解释啦;

看看编译运行的结果:

显然,运行的结果是我们预期的;

3左边的都比3小啦!那若果数据多一些呢;

比如{ 2, 5, 7, 3, -1, 1, 4}我们会发现左边有两个元素都比3大,理论上要进行两次交换;

显然当它交换完[1]与[5]元素后,它又是怎么继续的我们关心这个问题;

显然交换完数据后,又进入for循环;

for循环没有结束条件,因此,i++,j–完成后,此时i=2,j=4;

接下来执行两个while发现,第一个while发现a[2]是7 不小于p此时不执行i++;

同样在第二个while中也发现a[4]是-1不大于p此时不执行j–;

然后到if语句不成立,因此继续进行数据交换;

测试如下数据;

#include

void quick_sort( int *a, int n)
{
    int i, j, p, tmp;
    if (n < 2)  return;

    p = a[n / 2];  // Get the middle element as pivot ..

    for ( i = 0, j = n -1;; i++, j–) {
        while (a[i] < p)
            i++;
        while (p < a[j])
            j–;
        if ( i >= j)
            break;
        tmp = a[i]; a[i] = a[j]; a[j] = tmp;    //swap both ..
    }
}

int main(void)
{
    int a[] = { 2, 5, 7, 3, -1, 1, 4};
    int n = sizeof a /sizeof a[0];
    int i;
    for (i = 0; i < n; i++)
        printf(“%d%s”, a[i], i == n -1 ? “n” : ” “);
    quick_sort(a, n);
    for (i = 0; i < n; i++)
        printf(“%d%s”, a[i], i == n -1 ? “n” : ” “);

    return 0;
}

我们会得到如下结果:

显然,我们已经得到啦p左边都是小于p的;

右边则是大于p的;

符合我们的设想;

为了把整个数组正确排序,我们需要分别又对两部分重复一遍刚才的操作;

好,我们递归的调用函数,并且把数组的两部分元素传递到函数中;

void quick_sort( int *a, int n)
{
    int i, j, p, tmp;
    if (n < 2)  return;

    p = a[n / 2];  // Get the middle element as pivot ..

    for ( i = 0, j = n -1;; i++, j–) {
        while (a[i] < p)
            i++;
        while (p < a[j])
            j–;
        if ( i >= j)
            break;
        tmp = a[i]; a[i] = a[j]; a[j] = tmp;    //swap both ..
    } 

    quick_sort( a, i);
    quick_sort( a + i, n – i);
}

注意:

第一个递归调用处理数组的前部分,a对应的是数组的首地址,i是指对应的元素个数;

第二个递归调用处理数组后部分,a + i指的当然是首地址加偏移地址,如果你对偏移地址有问题的话,应该看看计算机寻址方式的资料啦;

接下来看运行结果:

最后,我们把所有代码附上:

#include

void quick_sort( int *a, int n)
{
    int i, j, p, tmp;
    if (n < 2)  return;

    p = a[n / 2];  // Get the middle element as pivot ..

    for ( i = 0, j = n -1;; i++, j–) {
        while (a[i] < p)
            i++;
        while (p < a[j])
            j–;
        if ( i >= j)
            break;
        tmp = a[i]; a[i] = a[j]; a[j] = tmp;    //swap both ..
    } 

    quick_sort( a, i);
    quick_sort( a + i, n – i);
}

int main(void)
{
    int a[] = { 2, 5, 7, 3, -1, 1, 4};
    int n = sizeof a /sizeof a[0];
    int i;
    for (i = 0; i < n; i++)
        printf(“%d%s”, a[i], i == n -1 ? “n” : ” “);
    quick_sort(a, n);
    for (i = 0; i < n; i++)
        printf(“%d%s”, a[i], i == n -1 ? “n” : ” “);
   
    return 0;
}

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