C语言快速排序

什么是快速排序？

快速排序（Quick Sort）是一种高效的排序算法，采用"分治"策略。它的核心思想是：选择一个基准值（pivot），将数组分成两部分，一部分比基准值小，另一部分比基准值大，然后递归地对这两部分进行排序。

为什么选择前后指针法？

在快速排序的几种实现方法中（Hoare版本、前后指针、挖坑法），前后指针法相对容易理解。

前后指针法思路

1. 选择最左边的元素作为基准值（key）
2. 定义两个指针：prev（慢指针）和cur（快指针）
3. cur先移动，如果cur指向的元素小于key，prev就前进并交换prev和cur指向的元素
4. 当cur走到数组末尾，将key与prev指向的元素交换
5. 递归处理key左边和右边的子数组

C语言实现代码

#include <stdio.h>// 交换两个元素的值
void swap(int *a, int *b) {int temp = *a;*a = *b;*b = temp;
}// 快速排序函数
void quickSort(int arr[], int left, int right) {// 递归终止条件：子数组长度小于等于1if (left >= right) {return;}// 选择最左边的元素作为基准值int key = arr[left];int prev = left;  // 慢指针int cur = left + 1;  // 快指针// cur移动，prev跟随while (cur <= right) {// 如果cur指向的元素小于基准值if (arr[cur] < key) {prev++;  // prev前进swap(&arr[cur], &arr[prev]);  // 交换cur和prev指向的元素}cur++;  // cur总是前进}// 将基准值放到正确位置swap(&arr[left], &arr[prev]);// 递归排序左右子数组quickSort(arr, left, prev - 1);quickSort(arr, prev + 1, right);
}// 打印数组
void printArray(int arr[], int size) {for (int i = 0; i < size; i++) {printf("%d ", arr[i]);}printf("\n");
}int main() {int arr[] = {10, 7, 8, 9, 1, 5};int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);printf("原始数组: ");printArray(arr, n);quickSort(arr, 0, n - 1);printf("排序后数组: ");printArray(arr, n);return 0;
}

1. swap函数：用于交换两个元素的值，是排序中常用的操作。

2. quickSort函数：

   • left和right表示当前要排序的子数组的左右边界
   • 选择最左边的元素作为基准值key
   • prev从基准值后一个位置开始，cur从prev的下一个位置开始
   • cur向前移动，如果遇到比key小的元素，prev就前进并交换prev和cur指向的元素
   • 当cur走到数组末尾，将key与prev指向的元素交换

3. 递归：将数组分成两部分，分别对左右子数组递归调用quickSort。

快速排序的执行过程（以10, 7, 8, 9, 1, 5为例）

1. 选择10作为基准值
2. 从左到右遍历：7、8、9都比10小，1和5也比10小
3. 遍历完成后，10应该放在第5个位置（索引4）
4. 交换10和1，得到[1, 7, 8, 9, 10, 5]
5. 递归排序[1, 7, 8, 9]和[5]

时间复杂度

最佳情况：O(n log n) - 每次都能将数组分成两个相等的子数组

最坏情况：O(n²) - 数组已经基本有序，每次只能减少一个元素

平均情况：O(n log n)。

1.递归的终止条件if (left >= right)很重要，避免无限递归。

2.注意cur的边界条件，要小于等于right

3.基准值的选择影响排序效率，这里选择最左边的元素是简化实现