C语言库函数之 qsort 讲解、使用及模拟实现(上)

简介: C语言库函数之 qsort 讲解、使用及模拟实现

引入

我们在学习排序的时候,第一个接触到的应该都是冒泡排序,我们先来复习一下冒泡排序的代码,来作为一个铺垫和引入。

代码如下:

#include<stdio.h>
void bubble_sort(int *arr, int sz)
{
  int i = 0;
  for (i = 0; i < sz - 1; i++)
  {
    int j = 0;
    for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
    {
      if (arr[j] > arr[j + 1])
      {
        int tmp = arr[j];
        arr[j] = arr[j + 1];
        arr[j + 1] = tmp;
      }
    }
  }
}
int main()
{
  int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
  int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
  bubble_sort(arr, sz);
  int i = 0;
  for (i = 0; i < sz; i++)
  {
    printf("%d ", arr[i]);
  }
  return 0;
}

很简单的一种排序方法,但我们可以发现一个问题,那就是冒泡排序不够通用,它只能用于整型数组的排序,如果我要排序float类型,或者排序结构体要怎么办呢。

下面,我们就来介绍一个比较万能的排序函数,qsort函数

简介

先来简单了解一下qsort函数的各个部分

语法格式

它的固定格式如下:

int cmp_int(const void* e1, const void* e2)
{
}

注意:他的格式是固定的,比如返回值类型必须是int类型,形参的类型也是固定的,只有返回值的部分是自己编写的,也就是说,当返回值类型不是int的时候,我们需要进行强制类型转换或者手动将其返回值改成int类型

(这在下文会详细说明)

参数解释

在调用函数时,传参格式如下:

void qsort(void* base,
  size_t num,
  size_t width,
  int (*cmp)(const void* e1, const* e2)
);

可以看一下这张图,里面讲解了qsort函数的各个参数分别表示的是什么,

base:起始位置,待排序数组的首元素地址 num:数组的大小,单位是元素,待排序数组的元素个数

width:元素大小,单位是字节,待排序数组的单个元素的大小 cmp:函数指针(比较函数:compare

function),比较两个元素的函数的地址

解释:对于不同类型元素的比较的方法是不同的,此处就是将两个元素的比较方法写成函数,传到qsort函数中,然后使用指针cmp进行调用

e1和e2可以简单地认为是要比较的两个元素的地址,(下面会做补充说明)

对void *的解释

先抛出一个问题:下面这个代码有什么问题

int main()
{
  int a = 0;
  int *pa = &a;
  char* pc = &a; 
  return 0;
}

问题就是:第四行和第五行:此处虽然可以存储,但会报警告:从“int *”

到“char *”的类型不兼容。

那么,我们这时就可以使用,void *(无指针类型)来解决这个问题

void* p = &a;
//void *类型的指针可以接收任意类型的地址

此处就可以很好地解释qsort函数的第一个参数:void* base

补充:

对于void *类型的指针无法进行解引用

因为不知道进行解引用之后,要访问几个字节

同理,也无法进行无符号型的指针与整数的运算

那么,在qsort函数中,如何比较e1与e2呢

可以将二者强制转换成所需的类型(代码中会提到这一点)

返回值

下图是英文版的介绍

对qsort函数返回值的解释

当e1<e2,返回值小于0

当e1=e2,返回值等于0

当e1>e2 返回值大于0

提示:所以可以利用这个规律将不是int类型的返回值手动变成int型(下文float类型那里会详细说明)

使用

此处我们举三个例子,分别是int、float和结构体类型变量的比较

int类型

明确需要

我们需要三个函数:main函数(调用test函数),test函数(调用qsort函数、打印最终结果),和cmp_int函数(提供元素的比较方法)

test函数

1.创建数组

2.计算大小

3.调用qsort函数

4.打印最终结果

cmp_int函数

照着前面的固定格式,然后返回值那里就直接用

(这里我一写*,他就识别成斜体,大家直接看下面的代码吧…)

最终代码

#include<stdlib.h>
int cmp_int(const void* e1, const void* e2)
{
  return *(int*)e1 - *(int*)e2;
}
void test1()
{
  int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
  int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
  qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_int);
  int i = 0;
  for (i = 0; i < sz; i++)
  {
    printf("%d ", arr[i]);
  }
  printf("\n");
}
int main()
{
  test1();
  return 0;
}

还是比较好理解的,就不做过多解释了

float类型

对于cmp_float函数的说明

问题

我们知道cmp_float函数的返回值必须是int类型的,但,

*(float*)e1 - *(float*)e2

的返回类型是float类型,在运行时会报一个警告:return”: 从“float”转换到“int”,可能丢失数据,

此处提供两种解决方法:

1.使用if else语句手动判断大小并根据情况分别返回一个负数、0、一个正数

代码如下:

if (*(float*)e1 > *(float*)e2)
{
  return 1;
}
else if (*(float*)e1 == *(float*)e2)
{
  return 0;
}
else
{
  return -1;
}

2.使用强制类型转换,转换成int类型

最终代码

#include<stdlib.h>
int cmp_float(const void* e1, const void* e2)
{
  return *(float*)e1 - *(float*)e2;
}
void test2()
{
  float f[] = { 9.0, 8.0, 7.0, 6.0 ,5.0 ,4.0 ,3.0, 2.0, 1.0 };
  int sz = sizeof(f) / sizeof(f[0]);
  qsort(f, sz, sizeof(f[0]), cmp_float);
  int i = 0;
  for (i = 0; i < sz; i++)
  {
    printf("%.3f ", f[i]);
  }
}
int main()
{
  test2();
  return 0;
}



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