[C语言日寄] qsort函数的练习
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文章目录
- 前言
- 题目引入
- 一、qsort函数的定义与使用
- qsort函数的定义
- qsort函数的使用
- 1. 示例：对整数数组排序
- 2. 示例：对结构体数组排序
- 二、知识点分析
- 1. qsort函数的参数
- base参数
- nitems参数
- size参数
- compar参数
- 2. 比较函数的编写
- 对整数数组排序
- 对浮点数数组排序
- 对字符串数组排序
- 对结构体数组排序
- 3. qsort函数的工作原理
- 三、注意事项
- 1. 比较函数的返回值
- 2. 比较函数的参数类型
- 3. 数组的大小
- 4. 数组的元素个数
- 四、拓展应用
- 1. 对结构体数组进行多级排序
- 2. 对结构体数组进行逆序排序
- 3. 对结构体数组进行部分排序
- 4. 对结构体数组进行自定义排序
- 五、总结
前言
在C语言的世界里，qsort 函数是一个非常强大且灵活的工具，它允许我们对任意类型的数组进行快速排序。这种特性使得 qsort 在处理复杂数据排序时变得非常方便。今天，我们就通过一个简单的程序来深入探讨 qsort 的使用，以及它在C语言中的重要性。
题目引入
下面程序的输出结果是：（ ）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct stu
{
int num;
char name[10];
int age;
};
int cmp(const void* a, const void* b)
{
struct stu* pa = (struct stu*)a;
struct stu* pb = (struct stu*)b;
if (pa->age != pb->age) {
return pa->age - pb->age;
} else {
return strcmp(pa->name, pb->name);
}
}
void print_students(struct stu* students, int size)
{
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf("Student %d: Num = %d, Name = %s, Age = %d\n", i + 1, students[i].num, students[i].name, students[i].age);
}
}
int main()
{
struct stu students[3] = {
{9801, "zhang", 20},
{9802, "wang", 19},
{9803, "zhao", 18}
};
printf("Before sorting:\n");
print_students(students, 3);
qsort(students, 3, sizeof(struct stu), cmp);
printf("After sorting:\n");
print_students(students, 3);
return 0;
}
A. 按编号排序
B. 按姓名排序
C. 按年龄排序，年龄相同按姓名排序
D. 按年龄排序，年龄相同按编号排序
在接下来的文章中，我们会一起把 qsort 的知识与题目结合起来，学习这一知识点。
一、qsort函数的定义与使用
qsort函数的定义
qsort 函数是C语言标准库 <stdlib.h> 中提供的一个通用排序函数，其原型如下：
void qsort(void* base, size_t nitems, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
base：指向要排序的数组的首地址。nitems：数组中元素的个数。size：数组中每个元素的大小（以字节为单位）。compar：比较函数的指针，用于定义排序的规则。
qsort函数的使用
1. 示例：对整数数组排序
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int cmp(const void* a, const void* b)
{
return (*(int*)a - *(int*)b);
}
int main()
{
int arr[] = {5, 2, 9, 1, 5, 6};
int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
printf("Before sorting:\n");
for (int i = 0; i < n; i++) {
printf("%d ", arr[i]);
}
printf("\n");
qsort(arr, n, sizeof(int), cmp);
printf("After sorting:\n");
for (int i = 0; i < n; i++) {
printf("%d ", arr[i]);
}
printf("\n");
return 0;
}
输出结果：
Before sorting: 5 2 9 1 5 6 After sorting: 1 2 5 5 6 9
2. 示例：对结构体数组排序
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct stu
{
int num;
char name[10];
int age;
};
int cmp(const void* a, const void* b)
{
struct stu* pa = (struct stu*)a;
struct stu* pb = (struct stu*)b;
if (pa->age != pb->age) {
return pa->age - pb->age;
} else {
return strcmp(pa->name, pb->name);
}
}
void print_students(struct stu* students, int size)
{
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf("Student %d: Num = %d, Name = %s, Age = %d\n", i + 1, students[i].num, students[i].name, students[i].age);
}
}
int main()
{
struct stu students[3] = {
{9801, "zhang", 20},
{9802, "wang", 19},
{9803, "zhao", 18}
};
printf("Before sorting:\n");
print_students(students, 3);
qsort(students, 3, sizeof(struct stu), cmp);
printf("After sorting:\n");
print_students(students, 3);
return 0;
}
输出结果：
Before sorting: Student 1: Num = 9801, Name = zhang, Age = 20 Student 2: Num = 9802, Name = wang, Age = 19 Student 3: Num = 9803, Name = zhao, Age = 18 After sorting: Student 1: Num = 9803, Name = zhao, Age = 18 Student 2: Num = 9802, Name = wang, Age = 19 Student 3: Num = 9801, Name = zhang, Age = 20
二、知识点分析
1. qsort函数的参数
base参数
base 参数是指向要排序的数组的首地址。在C语言中，数组名本身就是一个指向数组首元素的指针，因此可以直接将数组名传递给 base 参数。
nitems参数
nitems 参数表示数组中元素的个数。可以通过 sizeof(arr) / sizeof(arr[0]) 来计算数组中元素的个数。
size参数
size 参数表示数组中每个元素的大小（以字节为单位）。对于基本数据类型（如 int、float 等），可以直接使用 sizeof 运算符来获取其大小。对于结构体类型，也可以使用 sizeof 运算符来获取其大小。
compar参数
compar 参数是一个比较函数的指针，用于定义排序的规则。比较函数的原型如下：
int cmp(const void* a, const void* b);
- 如果第一个参数小于第二个参数，返回负数。
- 如果第一个参数等于第二个参数，返回零。
- 如果第一个参数大于第二个参数，返回正数。
2. 比较函数的编写
比较函数是 qsort 函数的核心部分，它决定了排序的规则。比较函数的编写需要根据具体的需求来实现。以下是一些常见的比较函数的编写方法：
对整数数组排序
int cmp(const void* a, const void* b)
{
return (*(int*)a - *(int*)b);
}
对浮点数数组排序
int cmp(const void* a, const void* b)
{
if (*(float*)a < *(float*)b) {
return -1;
} else if (*(float*)a > *(float*)b) {
return 1;
} else {
return 0;
}
}
对字符串数组排序
int cmp(const void* a, const void* b)
{
return strcmp(*(char**)a, *(char**)b);
}
对结构体数组排序
int cmp(const void* a, const void* b)
{
struct stu* pa = (struct stu*)a;
struct stu* pb = (struct stu*)b;
if (pa->age != pb->age) {
return pa->age - pb->age;
} else {
return strcmp(pa->name, pb->name);
}
}
3. qsort函数的工作原理
qsort 函数是一种快速排序算法的实现。快速排序的基本思想是：选择一个基准值（pivot），将数组分为两部分，左边的部分都小于基准值，右边的部分都大于基准值，然后递归地对左右两部分进行排序。
qsort 函数的工作原理如下：
- 选择一个基准值（pivot）。
- 将数组分为两部分，左边的部分都小于基准值，右边的部分都大于基准值。
- 递归地对左右两部分进行排序。
三、注意事项
1. 比较函数的返回值
比较函数的返回值必须符合以下规则：
- 如果第一个参数小于第二个参数，返回负数。
- 如果第一个参数等于第二个参数，返回零。
- 如果第一个参数大于第二个参数，返回正数。
如果返回值不符合上述规则，可能会导致排序结果不正确。
2. 比较函数的参数类型
比较函数的参数类型是 const void*，表示指向任意类型的指针。在比较函数中，需要将 const void* 类型的参数强制转换为具体的类型指针，然后进行比较。
3. 数组的大小
在调用 qsort 函数时，需要正确计算数组的大小。对于基本数据类型（如 int、float 等），可以直接使用 sizeof 运算符来获取其大小。对于结构体类型，也可以使用 sizeof 运算符来获取其大小。
4. 数组的元素个数
在调用 qsort 函数时，需要正确计算数组的元素个数。可以通过 sizeof(arr) / sizeof(arr[0]) 来计算数组中元素的个数。
四、拓展应用
1. 对结构体数组进行多级排序
在实际应用中，我们可能需要对结构体数组进行多级排序。例如，先按年龄排序，如果年龄相同，则按姓名排序。以下是一个示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct stu
{
int num;
char name[10];
int age;
};
int cmp(const void* a, const void* b)
{
struct stu* pa = (struct stu*)a;
struct stu* pb = (struct stu*)b;
if (pa->age != pb->age) {
return pa->age - pb->age;
} else {
return strcmp(pa->name, pb->name);
}
}
void print_students(struct stu* students, int size)
{
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf("Student %d: Num = %d, Name = %s, Age = %d\n", i + 1, students[i].num, students[i].name, students[i].age);
}
}
int main()
{
struct stu students[3] = {
{9801, "zhang", 20},
{9802, "wang", 19},
{9803, "zhao", 18}
};
printf("Before sorting:\n");
print_students(students, 3);
qsort(students, 3, sizeof(struct stu), cmp);
printf("After sorting:\n");
print_students(students, 3);
return 0;
}
2. 对结构体数组进行逆序排序
在实际应用中，我们可能需要对结构体数组进行逆序排序。以下是一个示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct stu
{
int num;
char name[10];
int age;
};
int cmp(const void* a, const void* b)
{
struct stu* pa = (struct stu*)a;
struct stu* pb = (struct stu*)b;
if (pa->age != pb->age) {
return pb->age - pa->age;
} else {
return strcmp(pb->name, pa->name);
}
}
void print_students(struct stu* students, int size)
{
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf("Student %d: Num = %d, Name = %s, Age = %d\n", i + 1, students[i].num, students[i].name, students[i].age);
}
}
int main()
{
struct stu students[3] = {
{9801, "zhang", 20},
{9802, "wang", 19},
{9803, "zhao", 18}
};
printf("Before sorting:\n");
print_students(students, 3);
qsort(students, 3, sizeof(struct stu), cmp);
printf("After sorting:\n");
print_students(students, 3);
return 0;
}
3. 对结构体数组进行部分排序
在实际应用中，我们可能需要对结构体数组进行部分排序。以下是一个示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct stu
{
int num;
char name[10];
int age;
};
int cmp(const void* a, const void* b)
{
struct stu* pa = (struct stu*)a;
struct stu* pb = (struct stu*)b;
if (pa->age != pb->age) {
return pa->age - pb->age;
} else {
return strcmp(pa->name, pb->name);
}
}
void print_students(struct stu* students, int size)
{
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf("Student %d: Num = %d, Name = %s, Age = %d\n", i + 1, students[i].num, students[i].name, students[i].age);
}
}
int main()
{
struct stu students[5] = {
{9801, "zhang", 20},
{9802, "wang", 19},
{9803, "zhao", 18},
{9804, "li", 21},
{9805, "sun", 22}
};
printf("Before sorting:\n");
print_students(students, 5);
qsort(students + 1, 3, sizeof(struct stu), cmp);
printf("After sorting:\n");
print_students(students, 5);
return 0;
}
4. 对结构体数组进行自定义排序
在实际应用中，我们可能需要对结构体数组进行自定义排序。以下是一个示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct stu
{
int num;
char name[10];
int age;
};
int cmp(const void* a, const void* b)
{
struct stu* pa = (struct stu*)a;
struct stu* pb = (struct stu*)b;
if (pa->age != pb->age) {
return pa->age - pb->age;
} else {
return strcmp(pa->name, pb->name);
}
}
void print_students(struct stu* students, int size)
{
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf("Student %d: Num = %d, Name = %s, Age = %d\n", i + 1, students[i].num, students[i].name, students[i].age);
}
}
int main()
{
struct stu students[3] = {
{9801, "zhang", 20},
{9802, "wang", 19},
{9803, "zhao", 18}
};
printf("Before sorting:\n");
print_students(students, 3);
qsort(students, 3, sizeof(struct stu), cmp);
printf("After sorting:\n");
print_students(students, 3);
return 0;
}
五、总结
qsort 函数是C语言中一个非常重要的概念，它允许我们将多个不同类型的数据组合在一起，形成一个逻辑上的整体。
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