C语言实现快速排序

C语言实现快速排序

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 <stdio.h>

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 <stdio.h>

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 <stdio.h>

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 <stdio.h>

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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