C语言 冒泡排序算法详解及实例

C语言 冒泡排序算法

冒泡排序（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，如果他们的顺序错误就把他们交换过来。走访数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端。

冒泡排序对n个项目需要O(n2)的比较次数，且可以原地排序。尽管这个算法是最简单了解和实作的排序算法之一，但它对于少数元素之外的数列排序是很没有效率的。

冒泡排序是与插入排序拥有相等的执行时间，但是两种法在需要的交换次数却很大地不同。在最坏的情况，冒泡排序需要O(n2)次交换，而插入排序只要最多O(n)交换。冒泡排序的实现（类似下面）通常会对已经排序好的数列拙劣地执行（O(n2)），而插入排序在这个例子只需要O(n)个运算。因此很多现代的算法教科书避免使用冒泡排序，而用插入排序取代之。冒泡排序如果能在内部循环第一次执行时，使用一个旗标来表示有无需要交换的可能，也有可能把最好的复杂度降低到O(n)。在这个情况，在已经排序好的数列就无交换的需要。若在每次走访数列时，把走访顺序和比较大小反过来，也可以稍微地改进效率。有时候称为往返排序，因为算法会从数列的一端到另一端之间穿梭往返。

使用冒泡排序为一列数字进行排序的过程

冒泡排序算法的运作如下：

1. 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。
2. 对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。在这一点，最后的元素应该会是最大的数。
3. 针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。
4. 持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对数字需要比较。

由于它的简洁，冒泡排序通常被用来对于程式设计入门的学生介绍算法的概念。

关于冒泡排序的算法实现网上很多，本文采用C语言泛型实现：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

void swap(void *vp1, void *vp2, int size){
   char buffer[size];
   memcpy(buffer, vp1, size);
   memcpy(vp1, vp2, size);
   memcpy(vp2, buffer, size);
}

int cmp_int(const void *a , const void *b )
{
  return *(int *)a - *(int *)b;
}

int cmp_double(const void *a , const void *b )
{
   return *(double *)a > *(double *)b ? 1 : -1;
} 

void bubbleSort(void *base, int n, int elemsize, int(*cmp)(const void *, const void *))
{
  char *q = (char *)base;
  char *p = (char *)base + n * elemsize;
  while(p > q) {
    for(; q != p - elemsize; q += elemsize) {
      if(cmp(q, q + elemsize) > 0) {
        swap(q, q + elemsize, elemsize);
      }
    }
    q = (char *)base;
    p -= elemsize;
  }
}

int main(void)
{
  //测试数据
  int arr1[] = {5, 4, 1, 3, 6, 12, 8, 22, 34,76};
  //冒泡排序
  bubbleSort(arr1, 10, sizeof(int), cmp_int);
  //打印排序结果
  int i;
  for(i = 0; i < 10; i++)
    printf("%d ", arr1[i]);
  printf("\n");
  double arr2[] = {5.4, 4.8, 1.2, 3.4, 6.7, 12.12, 8.6, 22.12, 34.5, 76.3};
  bubbleSort(arr2, 10, sizeof(double), cmp_double);
  for(i = 0; i < 10; i++)
    printf("%.2f ", arr2[i]);
  printf("\n");
}

运行结果如下：

常规实现如下（C语言）：

#include <stdio.h>

void bubbleSort(int arr[], int count)
{
  int i = count, j;
  int temp;
  while(i > 0) {
    for(j = 0; j < i - 1; j++) {
      if(arr[j] > arr[j + 1]){
        temp = arr[j];
        arr[j] = arr[j + 1];
        arr[j + 1] = temp;
      }
    }
    i--;
  }

}
int main()
{
  //测试数据
  int arr[] = {5, 4, 1, 3, 6};
  //冒泡排序
  bubbleSort(arr, 5);
  //打印排序结果
  for(int i = 0; i < 5; i++)
    printf("%4d", arr[i]);
}

使用标志的冒泡排序

如果已知数列基本有序，可采用一个标志，减少无谓的判断，提高效率

void bubbleSort(int d[], int size) //假定两两交换发生在数组最后的两个位置
{
  int exchange = size - 1;
  while(exchange) {
    //记录下发生数据交换的位置
    int bound = exchange;
    exchange = 0;  //假定本趟比较没有数据交换
    for(int i = 0; i < bound; i++) {
      if(d[i] > d[i + 1]) {
        swap(&d[i], &d[i+1]);
        exchange = i;
      }
    }
  }
}

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