从排序算法的艺术看C语言qsort函数的魅力：一场数据的时空穿越

时间：2024-03-18 13:09:44

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目录

一 、回调函数

二、qsort函数

1.qsort函数排序整型数据

2.qsort函数排序结构数据

一 、回调函数

何为回调函数？听起来很装逼的样子，实际上它是一个很简单的概念：回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。

就是说，你把一个函数的地址，作为参数传给另一个函数，当这个指针被调用时，被调用的函数就叫回调函数。回调函数不是由该函数的实现方直接调用，而是在特定的条件发生时才被另一方调用，用于对该事件进行响应。

灵魂指针，教给（三）-CSDN博客

在上一篇博客中，我们实现了计算器。从一段冗余的代码，我们使用新学的转移表进行了优化。我们知道其本质是函数指针，那我们现在学习了回调函数，是不是也可以对其优化呢？

冗余代码：

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
	return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
	return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
	return a / b;
}
int main()
{
	int x, y;
	int input = 1;
	int ret = 0;
	do
	{
		printf("*************************\n");
		printf(" 1:add 2:sub \n");
		printf(" 3:mul 4:div \n");
		printf(" 0:exit \n");
		printf("*************************\n");
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = add(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 2:
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = sub(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 3:
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = mul(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 4:
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = div(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 0:
			printf("退出程序\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误\n");
			break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

我们会发现，每次都有这么一个小片段，很相似：

这段代码其实只有调用函数的逻辑是有差异的，我们可以把调用函数的地址以参数的形式传过去，用函数指针接收，函数指针指向什么就调用什么函数，也就实现了回调函数的功能。

代码如下：

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
	return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
	return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
	return a / b;
}
void calc(int(*pf)(int, int))
{
	int ret = 0;
	int x, y;
	printf("输入操作数：");
	scanf("%d %d", &x, &y);
	ret = pf(x, y);
	printf("ret = %d\n", ret);
}
int main()
{
	int input = 1;
	do {
		printf("******************\n");
		printf("* 1:add    2:sub *\n");
		printf("* 3:mul    4:div *\n");
		printf("*     0:exit     *\n");
		printf("******************\n");
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			calc(add);
			break;
		case 2:
			calc(sub);
			break;
		case 3:
			calc(mul);
			break;
		case 4:
			calc(div);
			break;
		case 0:
			printf("退出程序\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误\n");
			break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

二、qsort函数

什么是qsort函数呢？它其实是Quicksort的缩写，也就是快速排序，简称快排。它可以对一个数组进行快速排序，支持自定义比较函数。我们之前学过冒泡排序：

灵魂指针，教给（二）-CSDN博客

但是冒泡排序，只能实现对整型数组的排序，而这个快速排序就比较牛逼了，它可以对任何类型的数据进行排序。

qsort函数的头文件是<stdlib.h>。

下面来看看qsort的原型：

void qsort(void *base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void *, const void *));

 很长，我们一点一点来剖析。

它接收四个参数：

1.base：很好理解，中文是基础的意思，这里是要排序的数组的首元素地址。为什么是void*类型的呢？为了实现对任何类型的数据进行排序。

2.num：也很好理解，意思是数组的元素个数。类型是size_t也很好理解，因为数组元素个数不可能为负数。

3.size：这个是数组的元素的大小（单位字节）。

4.compar：它是一个函数指针，这个需要我们自己传进去，因为在设计这个函数的时候，它不会预料到我们今天要比较的是整型还是字符型或者是结构体，所以也就是我们自己来决定，在外部写一个比较函数，然后传进去。

前三个参数我们都很容易传参，这里着重说一下第四个参数：

我们需要自己写一个比较函数，来决定类型。比较函数的原型如下：

int compar(const void *p1, const void *p2);

比较函数 接受两个参数，返回值为整型。如果返回值小于0，则认为p1小于p2；如果返回值等于0，则认为p1等于p2；如果返回值大于0，则认为p1大于p2。

我们来练习一下：

1.qsort函数排序整型数据

其实这个函数很简单，我们只需要会写它的比较函数即可。

正常来讲，对于一个整型，我们习惯用>、<以及=来判断两个数据的大小。

正常我们可能写比较函数会这么写：

int int_cmp(const void* p1, const void* p2)
{
	if (*((int*)p1) > *((int*)p2))
		return 1;
	else if (*((int*)p1) == *((int*)p2))
		return 0;
	else
		return -1;
}

注意，我们p1和p2是void*类型的，不可以进行指针运算，所以我们要先对其进行强转。这里将（int*）p1也加上括号是因为强转是短暂的，所以加上比较保险，增强了代码可读性。

但是这么写还是不够好，我们可以这么写：

int int_cmp(const void * p1, const void * p2)
{
 return (*( int *)p1 - *(int *) p2);
}

这样也可以实现功能，如果p1>p2，那返回大于0的数，其它同理。

这个是比较函数，我们来看总体代码：

#include <stdio.h>
//qsort函数的使⽤者得实现⼀个⽐较函数
int int_cmp(const void* p1, const void* p2)
{
	return (*(int*)p1 - *(int*)p2);
}
int main()
{
	int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
	int i = 0;

	qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof(int), int_cmp);
	for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

 来看运行结果：

2.qsort函数排序结构数据

首先我们定义一个结构体：

struct Stu //学⽣
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
};

还是先来分析比较函数：

整型我们可以用>、<，那字符型，我们可以使用一个函数，叫strcmp（以后我们会详细介绍，继续挖坑），今天就简单介绍一下怎么用的。

它的原型是：

int strcmp(const char *str1, const char *str2);

该函数会比较字符串str1和str2，并根据比较结果返回一个整数值。

如果str1和str2相等，则返回0；如果str1小于str2，则返回一个负数；如果str1大于str2，则返回一个正数。

比较的规则是按照字符的ASCII码值依次进行比较，从字符串的第一个字符开始比较，直到遇到不相等的字符或者字符串的结束标志'\0'。不会考虑字符串的长度。

str1 = "abcd";
str2 = "abc";
//str1 > str2

str1 = "abz";
str2 = "abccccc";
//str1 > str2

回归正题，我们怎么比较结构体呢？我们可以看到，结构体里有两个成员变量，一个是字符串-姓名，一个是整型-年龄。所以我们可以有两种方法，一种是按姓名首字母来排序，一种是按年龄大小。也就是一种是用strcmp，一种是用>、<。

方法了解了，我们还要来复习一下如何访问结构体成员。

武器大师——操作符详解（下）-CSDN博客

我们之前讲过，如果传地址的话，使用->来访问，

所以先来看按姓名来排序：

int cmp_stu_by_name(const void* e1, const void* e2)
{
 return strcmp(((struct Stu*)e1)->name, ((struct Stu*)e2)->name);
}

同样，对于void*类型的p1、p2，我们还是要强制类型转换，之后访问的结果传到strcmp函数中，比较出的结果再return。

整型就更简单了：

int cmp_stu_by_age(const void* e1, const void* e2)
{
 return ((struct Stu*)e1)->age - ((struct Stu*)e2)->age;
}

来看总代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
struct Stu //学⽣
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
};
//假设按照年龄来⽐较
int cmp_stu_by_age(const void* e1, const void* e2)
{
	return ((struct Stu*)e1)->age - ((struct Stu*)e2)->age;
}
//strcmp - 是库函数，是专⻔⽤来⽐较两个字符串的⼤⼩的
//假设按照名字来⽐较
int cmp_stu_by_name(const void* e1, const void* e2)
{
	return strcmp(((struct Stu*)e1)->name, ((struct Stu*)e2)->name);
}
//按照年龄来排序
void test2()
{
	struct Stu s[] = { {"zhangsan", 20}, {"lisi", 30}, {"wangwu", 15} };
	int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
	qsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_stu_by_age);
}
//按照名字来排序
void test3()
{
	struct Stu s[] = { {"zhangsan", 20}, {"lisi", 30}, {"wangwu", 15} };
	int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
	qsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_stu_by_name);
}
int main()
{
	test2();
	test3();
	return 0;
}