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wzjs 2025/8/11 13:00:20

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嵌入式Day12

一、qsort函数基础概述

（一）函数功能

作用：对任意类型数组进行排序，支持自定义比较规则，底层基于快速排序算法（不稳定排序）。
头文件：需包含 <stdlib.h>。

（二）函数原型

void qsort(void *base, size_t num, size_t size, int (*compare)(const void *, const void *));

（三）参数解析

参数	类型	说明
`base`	`void*`	待排序数组的首地址（通用指针，可指向任意类型数组）。
`num`	`size_t`	数组中待排序元素的个数。
`size`	`size_t`	单个元素的字节大小（如`sizeof(int)`、`sizeof(结构体)`）。
`compare`	函数指针	自定义比较函数，用于确定元素大小关系。

二、自定义比较函数`compare`

（一）函数要求

返回值类型：int。
参数类型：两个const void*指针，分别指向待比较的两个元素。
逻辑规则：
- 返回负数：表示第一个元素应排在第二个元素前面（即a < b）。
- 返回正数：表示第一个元素应排在第二个元素后面（即a > b）。
- 返回0：表示两个元素相等，排序中相对位置不保证（快排不稳定）。

（二）核心操作步骤

指针类型转换：将void*指针强制转换为目标元素类型的指针（如int*、char*、结构体指针）。
元素值比较：根据业务逻辑比较两个元素的值，返回相应符号的整数。

三、qsort函数使用场景与示例

（一）排序`int`数组

示例：降序排序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int compare_desc(const void *a, const void *b) {int num1 = *(int*)a;int num2 = *(int*)b;return num2 - num1; // 降序（num2 > num1时返回正数，num1排在后面）
}int main() {int arr[] = {5, 2, 8, 1, 3};int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);qsort(arr, len, sizeof(int), compare_desc); // 调用qsort// 输出结果：8 5 3 2 1for (int i = 0; i < len; i++) {printf("%d ", arr[i]);}return 0;
}

（二）排序字符串数组（字典序）

示例：升序字典序排序

#include <string.h>int compare_str(const void *a, const void *b) {// a和b是指向char*的指针，需先解引用得到字符串指针char *str1 = *(char**)a;char *str2 = *(char**)b;return strcmp(str1, str2); // 升序字典序（strcmp返回负数/0/正数）
}int main() {char *strs[] = {"apple", "banana", "cat", "dog"};int len = sizeof(strs) / sizeof(strs[0]);qsort(strs, len, sizeof(char*), compare_str);// 输出结果：apple banana cat dogfor (int i = 0; i < len; i++) {printf("%s ", strs[i]);}return 0;
}

（三）排序结构体数组

结构体定义

typedef struct {int stu_id;       // 学号int total_score;  // 总分int age;          // 年龄char name[20];    // 姓名
} Student;

示例1：按总分升序排序

int compare_score(const void *a, const void *b) {Student *s1 = (Student*)a;Student *s2 = (Student*)b;return s1->total_score - s2->total_score; // 升序（总分小的在前）
}

示例2：按学号降序排序

int compare_id(const void *a, const void *b) {Student *s1 = (Student*)a;Student *s2 = (Student*)b;return s2->stu_id - s1->stu_id; // 降序（学号大的在前）
}

示例3：复合条件排序（总分降序→年龄升序→姓名字典序升序）

int compare_combined(const void *a, const void *b) {Student *s1 = (Student*)a;Student *s2 = (Student*)b;// 1. 总分降序if (s1->total_score != s2->total_score) {return s2->total_score - s1->total_score;}// 2. 年龄升序if (s1->age != s2->age) {return s1->age - s2->age;}// 3. 姓名升序字典序return strcmp(s1->name, s2->name);
}

四、注意事项与常见错误

（一）指针类型转换错误

错误示例：排序字符串数组时直接强转void*为char*（应为char**）。

// 错误：a实际是char**类型，需先解引用
char *str1 = (char*)a; // 错误，a是void*，指向char*元素（即二级指针）
// 正确：先转为char**，再解引用得到char*
char *str1 = *(char**)a;

（二）比较函数返回逻辑错误

常见问题：返回值符号与排序顺序不匹配（如希望降序却返回a - b）。
解决方案：明确比较逻辑，可通过数学表达式目标顺序下的差值（如降序用b - a）。

（三）数组元素大小错误

错误示例：传递size参数时使用sizeof(数组名)而非sizeof(元素类型)。

qsort(arr, len, sizeof(arr), compare); // 错误，sizeof(arr)是整个数组大小
qsort(arr, len, sizeof(int), compare); // 正确，单个元素大小为sizeof(int)

（四）处理相等元素的稳定性

qsort特性：快速排序不稳定，相同元素排序后相对位置可能改变。
适用场景：若需稳定排序，需自定义算法（如归并排序）或确保相等元素无需保留顺序。

五、扩展：qsort与冒泡排序对比

特性	qsort	冒泡排序
时间复杂度	平均`O(n log n)`（快排）	`O(n²)`
空间复杂度	`O(log n)`（递归栈）	`O(1)`
稳定性	不稳定	稳定（可修改实现）
适用场景	大规模数据排序	小规模数据或教学场景
灵活性	支持自定义比较函数	需手动实现比较逻辑