C 排序算法

冒泡排序

冒泡排序（英语：Bubble Sort）是一种简单的排序算法。它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序（如从大到小、首字母从A到Z）错误就把他们交换过来。

过程演示：

实例

#include <stdio.h> // 函数声明 void bubble_sort(int arr[], int len); int main() { int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 }; int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); // 计算数组长度 bubble_sort(arr, len); // 调用冒泡排序函数 // 打印排序后的数组 for (int i = 0; i < len; i++) { printf("%d ", arr[i]); } return 0; } // 冒泡排序函数 void bubble_sort(int arr[], int len) { for (int i = 0; i < len - 1; i++) { for (int j = 0; j < len - 1 - i; j++) { // 交换元素位置 if (arr[j] > arr[j + 1]) { int temp = arr[j]; arr[j] = arr[j + 1]; arr[j + 1] = temp; } } } }

选择排序

选择排序（Selection sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理如下。首先在未排序序列中找到最小（大）元素，存放到排序序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到所有元素均排序完毕。

过程演示：

实例

#include <stdio.h> // 函数声明 void selection_sort(int a[], int len); int main() { int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 }; int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); // 计算数组长度 selection_sort(arr, len); // 调用选择排序函数 // 打印排序后的数组 for (int i = 0; i < len; i++) { printf("%d ", arr[i]); } return 0; } // 选择排序函数 void selection_sort(int a[], int len) { for (int i = 0; i < len - 1; i++) { int min = i; // 记录最小值的位置，第一个元素默认最小 for (int j = i + 1; j < len; j++) { if (a[j] < a[min]) { // 找到目前最小值 min = j; // 记录最小值的位置 } } // 交换两个变量 if (min != i) { int temp = a[min]; a[min] = a[i]; a[i] = temp; } } } /* // 自定义交换函数 void swap(int *a, int *b) { int temp = *a; *a = *b; *b = temp; } */

插入排序

插入排序（英语：Insertion Sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理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。插入排序在实现上，通常采用in-place排序（即只需用到 {\displaystyle O(1)} {\displaystyle O(1)}的额外空间的排序），因而在从后向前扫描过程中，需要反复把已排序元素逐步向后

挪位，为最新元素提供插入空间。

过程演示：

实例

#include <stdio.h> // 函数声明 void insertion_sort(int arr[], int len); int main() { int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 }; int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); // 计算数组长度 insertion_sort(arr, len); // 调用插入排序函数 // 打印排序后的数组 for (int i = 0; i < len; i++) { printf("%d ", arr[i]); } return 0; } // 插入排序函数 void insertion_sort(int arr[], int len) { for (int i = 1; i < len; i++) { int temp = arr[i]; // 当前待插入的元素 int j = i; // 向右移动大于temp的元素 while (j > 0 && arr[j - 1] > temp) { arr[j] = arr[j - 1]; j--; } arr[j] = temp; // 插入元素到正确位置 } }

希尔排序

希尔排序，也称递减增量排序算法，是插入排序的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。

希尔排序是基于插入排序的以下两点性质而提出改进方法的：

  • 插入排序在对几乎已经排好序的数据操作时，效率高，即可以达到线性排序的效率
  • 但插入排序一般来说是低效的，因为插入排序每次只能将数据移动一位

过程演示：

实例

#include <stdio.h> // 函数声明 void shell_sort(int arr[], int len); int main() { int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 }; int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); // 计算数组长度 shell_sort(arr, len); // 调用希尔排序函数 // 打印排序后的数组 for (int i = 0; i < len; i++) { printf("%d ", arr[i]); } return 0; } // 希尔排序函数 void shell_sort(int arr[], int len) { // 计算初始间隔 for (int gap = len / 2; gap > 0; gap /= 2) { // 对每个间隔进行插入排序 for (int i = gap; i < len; i++) { int temp = arr[i]; // 当前待插入的元素 int j = i; // 移动大于temp的元素 while (j >= gap && arr[j - gap] > temp) { arr[j] = arr[j - gap]; j -= gap; } arr[j] = temp; // 插入元素到正确位置 } } }

归并排序

把数据分为两段，从两段中逐个选最小的元素移入新数据段的末尾。

可从上到下或从下到上进行。

过程演示：

迭代法

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> // 函数声明 int min(int x, int y); void merge_sort(int arr[], int len); int main() { int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 }; int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); // 计算数组长度 merge_sort(arr, len); // 调用归并排序函数 // 打印排序后的数组 for (int i = 0; i < len; i++) { printf("%d ", arr[i]); } return 0; } // 返回两个数中的最小值 int min(int x, int y) { return x < y ? x : y; } // 归并排序函数 void merge_sort(int arr[], int len) { int* a = arr; int* b = (int*) malloc(len * sizeof(int)); if (b == NULL) { // 检查内存分配是否成功 fprintf(stderr, "Memory allocation failed\n"); exit(EXIT_FAILURE); } for (int seg = 1; seg < len; seg += seg) { for (int start = 0; start < len; start += seg + seg) { int low = start; int mid = min(start + seg, len); int high = min(start + seg + seg, len); int k = low; int start1 = low, end1 = mid; int start2 = mid, end2 = high; // 合并两个子数组 while (start1 < end1 && start2 < end2) { b[k++] = a[start1] < a[start2] ? a[start1++] : a[start2++]; } while (start1 < end1) { b[k++] = a[start1++]; } while (start2 < end2) { b[k++] = a[start2++]; } } // 交换数组指针 int* temp = a; a = b; b = temp; } // 如果a和arr不相同，则将a的内容复制回arr if (a != arr) { for (int i = 0; i < len; i++) { b[i] = a[i]; } b = a; } free(b); // 释放内存 }

递归法

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> // 函数声明 void merge_sort_recursive(int arr[], int reg[], int start, int end); void merge_sort(int arr[], const int len); int main() { int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 }; int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); // 计算数组长度 merge_sort(arr, len); // 调用归并排序函数 // 打印排序后的数组 for (int i = 0; i < len; i++) { printf("%d ", arr[i]); } return 0; } // 递归实现归并排序 void merge_sort_recursive(int arr[], int reg[], int start, int end) { if (start >= end) return; int mid = start + (end - start) / 2; int start1 = start, end1 = mid; int start2 = mid + 1, end2 = end; merge_sort_recursive(arr, reg, start1, end1); merge_sort_recursive(arr, reg, start2, end2); int k = start; while (start1 <= end1 && start2 <= end2) { reg[k++] = arr[start1] < arr[start2] ? arr[start1++] : arr[start2++]; } while (start1 <= end1) { reg[k++] = arr[start1++]; } while (start2 <= end2) { reg[k++] = arr[start2++]; } // 使用memcpy进行数组复制，提高效率 memcpy(arr + start, reg + start, (end - start + 1) * sizeof(int)); } // 归并排序入口函数 void merge_sort(int arr[], const int len) { int* reg = (int*)malloc(len * sizeof(int)); if (reg == NULL) { // 检查内存分配是否成功 fprintf(stderr, "Memory allocation failed\n"); exit(EXIT_FAILURE); } merge_sort_recursive(arr, reg, 0, len - 1); free(reg); // 释放内存 }

快速排序

在区间中随机挑选一个元素作基准，将小于基准的元素放在基准之前，大于基准的元素放在基准之后，再分别对小数区与大数区进行排序。

过程演示：

迭代法

#include <stdio.h> // 范围结构体 typedef struct _Range { int start, end; } Range; // 创建新的范围 Range new_Range(int s, int e) { Range r; r.start = s; r.end = e; return r; } // 交换两个整数 void swap(int *x, int *y) { int t = *x; *x = *y; *y = t; } // 快速排序函数 void quick_sort(int arr[], const int len) { if (len <= 0) return; // 避免 len 等于负值时引发段错误（Segment Fault） Range r[len]; int p = 0; r[p++] = new_Range(0, len - 1); while (p > 0) { Range range = r[--p]; if (range.start >= range.end) continue; int mid = arr[(range.start + range.end) / 2]; // 选取中间点为基准点 int left = range.start, right = range.end; do { while (arr[left] < mid) ++left; // 检测基准点左侧是否符合要求 while (arr[right] > mid) --right; // 检测基准点右侧是否符合要求 if (left <= right) { swap(&arr[left], &arr[right]); left++; right--; // 移动指针以继续 } } while (left <= right); if (range.start < right) r[p++] = new_Range(range.start, right); if (range.end > left) r[p++] = new_Range(left, range.end); } } int main() { int arr[] = {22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70}; int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); // 计算数组长度 quick_sort(arr, len); // 调用快速排序函数 // 打印排序后的数组 for (int i = 0; i < len; i++) { printf("%d ", arr[i]); } return 0; }

递归法

#include <stdio.h> // 交换两个整数 void swap(int *x, int *y) { int t = *x; *x = *y; *y = t; } // 递归实现快速排序 void quick_sort_recursive(int arr[], int start, int end) { if (start >= end) return; int mid = arr[end]; int left = start, right = end - 1; while (left < right) { while (left < right && arr[left] < mid) left++; while (left < right && arr[right] >= mid) right--; swap(&arr[left], &arr[right]); } if (arr[left] >= arr[end]) swap(&arr[left], &arr[end]); else left++; quick_sort_recursive(arr, start, left - 1); quick_sort_recursive(arr, left + 1, end); } // 快速排序入口函数 void quick_sort(int arr[], int len) { quick_sort_recursive(arr, 0, len - 1); } int main() { int arr[] = {22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70}; int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); // 计算数组长度 quick_sort(arr, len); // 调用快速排序函数 // 打印排序后的数组 for (int i = 0; i < len; i++) { printf("%d ", arr[i]); } return 0; }