温故而知新 -＞ 数据结构 -＞排序 ->程序实现1_利用C语言

本篇博客是基于 温故而知新 -＞ 数据结构 -＞排序 中部分 排序 的理论知识进行程序实现！

其中实现了 交换排序中的三种快速排序、递归与非递归的归并排序、非比较排序等！并附带了相关实例以及对应的运行结果！

由于上述的程序实现中使用了顺序表和队列，即还需实现顺序表与队列这两个内容，如此会导致程序代码量大幅增多。而在程序中，为了清晰展示各部分的实现代码，所以加上各自的头文件共有 5 个文件，即 queue.h 、seqList.h 、queue.c 、seqList.c 和 main.c 。

其中 queue.h 和queue.c 的内容与 温故而知新-＞数据结构-＞队列-＞程序实现1_利用结构体 博客中的 newQueue.h 和 main.c 对应且相同，但为方便本次程序的运行，需将上述博客的 main.c 中的 test() 与 main() 两个函数进行删除或注释；
而 seqList.h 和 seqList.c 的内容与 温故而知新-＞数据结构-＞顺序表-＞程序实现1_利用结构体 博客中的 seqList.h 和 main.c 对应且相同，也为方便本次程序的运行，需将上述博客的 main.c 中的 test() 与 main() 两个函数进行删除或注释。

在下述内容中将附上本次程序的 main.c 文件内容，其他文件内容可根据上述指引自行查看！

注意：下述代码多多少少有点冗余，且未考虑性能最优，读者有兴趣可进一步精简！

具体内容如下：

（1）main.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
#include<string.h>
#include"seqList.h"
#include"queue.h"

void swap(int *arr, int a, int b)
{
	int t = arr[a];
	arr[a] = arr[b];
	arr[b] = t;
}
//交换排序 之 冒泡排序 实现方法
void bubbleSort(int *arr, int n)
{
	//相邻元素进行比较
	//第一次遍历范围：0~未排序数据的最后一个位置
	int m = n; 
	while (m>1)//正常情况每次循环所运行步数 6 5 4 3 2 1 = 21
	{
		//flag:标记一轮冒泡排序中是否发生了交换操作
		int flag = 0;
		for (int j = 1; j < m; j++)
		{
			if (arr[j-1] > arr[j])
			{
				swap(arr, j-1, j);
				flag = 1;
			}
		}
		//如果没有发生交换，说明剩余元素全部有序 -- 提高性能
		if (!flag)
			break;
		m--;
	}
	
	/*for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		for (int j = i; j < n; j++)
		{
			if (arr[j - 1] > arr[j])
			{
				swap(arr, j - 1, j);
			}
			h++;
		}
	}
	printf("h = %d \n", h);*/
}

//hoare改进：获取基准值：三数取中法  起始，中间，结束
int getMid(int *arr, int begin, int end)
{
	int mid = begin + (end - begin) / 2;
	if (arr[begin] >= arr[mid])
	{
		if (arr[mid] >= arr[end])  // arr[begin]>arr[mid]>arr[end]
			return mid;
		else if (arr[begin] <= arr[end])//arr[end]>arr[begin]>=arr[mid]
			return begin;
		else  // arr[begin]>arr[end]>arr[mid]
			return end;
	}
	else//arr[begin] < arr[mid]
	{
		if (arr[mid] <= arr[end])//arr[begin] < arr[mid] <arr[end]
			return mid;
		else if (arr[begin] >= arr[end])//arr[end]<=arr[begin]<arr[mid]
			return begin;
		else //arr[end]<arr[begin]<arr[mid]
			return end;
	}
}

//交换排序 之 挖坑法
int partion2(int *arr, int begin, int end)
{
	//获取基准值的位置
	int mid = getMid(arr, begin, end);
	//把基准值放到起始位置
	swap(arr, begin, mid);
	//第一个值作为基准值，第一个位置为初始的坑的位置
	int key = arr[begin];
	//int start = begin;
	while (begin < end)
	{
		//int key = start;
		//从后往前先找小于基准值的位置
		while (begin < end && arr[end] >= key)
			--end;
		//填坑
		arr[begin] = arr[end];

		//从前往后找大于基准值的位置
		while (begin < end && arr[begin] <= key)
			++begin;
		//填坑
		arr[end] = arr[begin];
	}
	//相遇位置放入基准值
	arr[begin] = key;
	return begin;
}

//交换排序 之 前后指针法
int partion3(int *arr, int begin, int end)
{
	//上一个小于基准值的位置
	int prev = begin;
	//下一个小于基准值的位置
	int cur = begin + 1;
	int key = arr[begin];
	while (cur <= end)
	{
		//当prev与cur不连续时，则交换此两个数,首先判断连续
		if (arr[cur] < key && ++prev != cur)//不连续
		{
			//不连续，交换两数数据
			swap(arr, prev, cur);
		}
		++cur;
	}
	//交换基准值与prev的值
	swap(arr, begin, prev);
	return prev;
}

//交换排序 之 快速排序：hoare法
//返回划分之后，基准值所在的位置
int partion(int *arr, int begin, int end)
{
	//获取基准值的位置
	int mid = getMid(arr, begin, end);
	//把基准值放到起始位置
	swap(arr, begin, mid);  
	//选择基准值
	int key = arr[begin];
	int start = begin;
	while (begin < end)
	{
		//从后往前先找小于基准值的位置
		while (begin < end && arr[end] >= key)
			--end;
		//从前往后找大于基准值的位置
		while (begin < end && arr[begin] <= key)
			++begin;
		//交换
		swap(arr, begin, end);
	}
	//结束后交换基准值和相遇位置的数据
	swap(arr, start, begin);
	return begin;
}

//递归快排
void quickSort(int *arr, int begin, int end)//hoare 的实现
{
	if (begin >= end)
		return;
	//div:一次划分之后，基准值位置
	int div = partion3(arr, begin, end);
	//左右两部分进行快速排序
	//[begin,div-1]
	//[div+1,end]
	quickSort(arr, begin, div - 1);
	quickSort(arr, div + 1, end);
	
}

/*非递归快排   用顺序表   */
void quickSortNor(int *arr, int n)
{
	//创建一个顺序表，保存待划分的区间
	SeqList sq;
	initseqList(&sq);
	//首先保存整个区间   
	//首先放右，再放左
	seqListPushBack(&sq, n - 1);
	seqListPushBack(&sq, 0);
	//遍历顺序表，处理所有区间
	while (!seqListEmpty(&sq))//非空才能进行程序运行！！！！！！！！！！！
	{
		//取出一个区间
		int left = seqListBack(&sq);
		seqListPopBack(&sq);
		int right = seqListBack(&sq);
		seqListPopBack(&sq);

		//划分区间[left,right]
		int div = partion(arr, left, right);

		//保存产生的两个新区间
		//[left,div-1]
		if (left < div - 1)
		{
			seqListPushBack(&sq, div - 1);
			seqListPushBack(&sq, left);
		}
		//[div+1,right]
		if (div + 1 < right)
		{
			seqListPushBack(&sq, right);
			seqListPushBack(&sq, div + 1);
		}
	}
}
/*非递归快排   用队列     */
void quickSortNor2(int *arr, int n)
{
	//创建一个队列，保存待划分的区间
	Queue q;
	initQueue(&q);

	//首先保存整个区间  队列：先进先出 
	//首先放右，再放左
	queuePush(&q, 0);
	queuePush(&q, n - 1);
	
	//遍历队列，处理所有区间
	while (!queueEmpty(&q))//非空才能进行程序运行！！！！！！！！！！！
	{
		//取出一个区间
		int left = queueFront(&q);
		queuePop(&q);
		int right = queueFront(&q);
		queuePop(&q);

		//划分区间[left,right]
		int div = partion(arr, left, right);

		//保存产生的两个新区间
		//[left,div-1]
		if (left < div - 1)
		{
			queuePush(&q, left);
			queuePush(&q, div - 1);
		}
		//[div+1,right]
		if (div + 1 < right)
		{
			queuePush(&q, div + 1);
			queuePush(&q, right);
		}
	}
}


//归并排序！！！！！！！！！
//相邻子序列合并： begin end end+1 end2
void merge(int *arr, int begin, int mid, int end, int *tmp)
{
	//递增
	//子区间： [begin,mid] [mid+1,end]
	int begin1 = begin;
	int end1 = mid;
	int begin2 = mid + 1;
	int end2 = end;

	//辅助空间的起始位置
	int idx = begin;

	//合并有序序列
	while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2)
	{
		if (arr[begin1] <= arr[begin2])
			tmp[idx++] = arr[begin1++];
		else
			tmp[idx++] = arr[begin2++];
	}
	//判断是否有未合并的元素
	if (begin1 <= end1)
		memcpy(tmp + idx, arr + begin1, sizeof(int)*(end1 - begin1 + 1));
	if (begin2 <= end2)
		memcpy(tmp + idx, arr + begin2, sizeof(int)*(end2 - begin2 + 1));

	//合并之后的序列拷贝到原始数据的对应区间
	memcpy(arr + begin, tmp + begin, sizeof(int)*(end - begin + 1));
}
//时间复杂度：o(nlogn)    稳定
/* 归并递归 */
void _mergeSort(int *arr, int begin, int end, int *tmp)
{
	if (begin >= end)
		return;

	int mid = begin + (end - begin) / 2;

	//首先合并子序列
	_mergeSort(arr, begin, mid, tmp);
	_mergeSort(arr, mid + 1, end, tmp);

	//合并两个有序的子序列
	merge(arr, begin, mid, end, tmp);
}
void mergeSort(int *arr, int n)//递归
{
	//申请辅助空间
	int *tmp = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
	_mergeSort(arr, 0, n - 1, tmp);
	free(tmp);
}
/* 归并非递归 */
void mergeSortNor(int *arr, int n)//非递归
{
	int *tmp = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
	//子序列的步长
	int step = 1;
	while (step < n)
	{
		//先处理小的序列，再处理大的
		for (int idx = 0; idx < n; idx += 2 * step)
		{
			//找到两个待合并的子序列区间
			//[begin,mid] [mid+1,end]
			int begin = idx;
			int mid = idx + step - 1;
			//判断是否存在第二个子序列
			if (mid >= n - 1)
				//不存在第二个子序列，直接跳过
				continue;
			int end = idx + 2 * step - 1;
			//判断第二个子序列是否越界
			if (end >= n)
				end = n - 1;
			merge(arr, begin, mid, end, tmp);
		}

		//更新步长
		step *= 2;
	}
	//free(tmp);
}

//非比较排序 -- 计数排序
//时间复杂度：O(Max(n,range))
//空间复杂度：O(range)  若范围特别多，浪费空间巨大 如：0 1 2 10000000
void countSort(int *arr, int n)
{
	//找到最大和最小值
	int max, min;
	min = max = arr[0];
	for (int i = 1; i < n; i++)
	{
		if (arr[i] > max)
			max = arr[i];
		if (arr[i] < min)
			min = arr[i];
	}
	//计算计数数组的个数范围
	int range = max - min + 1;
	//创建一个计数数组，初始化为0
	int *countArr = (int *)calloc(range,sizeof(int));

	//计数  计算arr中相同数字的个数
	for (int i = 0; i < n; ++i)
	{
		countArr[arr[i] - min]++;
	}

	//遍历计数数组，排序
	int idx = 0;
	for (int i = 0; i < range; i++)
	{
		while (countArr[i]--)
		{
			arr[idx++] = i + min;
		}
	}
}

//打印数组
 void printArr(int *arr, int n)
{
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}printf("\n");
}

void test()
{
	int arr1[] = { 6, 3, 1, 8, 7, 2, 4 };
	int n = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]);
	int *arr2 = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
	memcpy(arr2, arr1, sizeof(arr1));
	printf("排序前内容：\n");
	printArr(arr2, n); printf("\n");

	printf("冒泡排序后内容：\n");
	bubbleSort(arr2, n);
	printArr(arr2, n); printf("\n");
	memcpy(arr2, arr1, sizeof(arr1));

	printf("递归快排后内容：\n");
	quickSort(arr2, 0, n - 1);
	printArr(arr2, n); printf("\n");
	memcpy(arr2, arr1, sizeof(arr1));

	printf("非递归快排（利用顺序表）后内容：\n");
	quickSortNor(arr2,  n);
	printArr(arr2, n); printf("\n");
	memcpy(arr2, arr1, sizeof(arr1));

	printf("非递归快排（利用队列）后内容：\n");
	quickSortNor2(arr2,  n );
	printArr(arr2, n); printf("\n");
	memcpy(arr2, arr1, sizeof(arr1));

	printf("递归归并排序后内容：\n");
	mergeSort(arr2, n );
	printArr(arr2, n);printf("\n");
	memcpy(arr2, arr1, sizeof(arr1));

	printf("非递归归并排序后内容：\n");
	mergeSortNor(arr2,  n);
	printArr(arr2, n); printf("\n");
	memcpy(arr2, arr1, sizeof(arr1));

	printf("非比较排序后内容：\n");
	countSort(arr2, n);
	printArr(arr2, n); printf("\n");
	memcpy(arr2, arr1, sizeof(arr1));
}

//void test2()
//{
//	int n;
//	printf("数据量：\n");
//	scanf_s("%d", &n);
//	srand(time(NULL));
//	int *arr = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
//	int *copy1 = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
//	int *copy2 = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
//	for (int i = 0; i < n; i++)
//	{
//		arr[i] = rand();
//	}
//	memcpy(copy1, arr, sizeof(int)*n);
//	memcpy(copy2, arr, sizeof(int)*n);
//
//	time_t begin = clock();
//	insert(copy1, n);
//	time_t end = clock();
//	printf("直接插入排序时间：%d\n", end - begin);
//
//	begin = clock();
//	shellSort(copy2, n);
//	end = clock();
//	printf("希尔排序时间：%d\n", end - begin);
//}
int main()
{
	test();
	system("pause");
	return 0;
}

（2）运行结果

侵权删~