C语言中冒泡排序算法详解

一、算法描述

比较相邻两个元素，如果第一个比第二个大则交换两个值。遍历所有的元素，每一次都会将未排序序列中最大的元素放在后面。假设数组有 n 个元素，那么需要遍历 n - 1 次，因为剩下的一个元素一定是最小的，无需再遍历一次。因此需要两层循环，第一层是遍历次数，第二层是遍历未排序数组。

动图如下：

黄色部分表示已排好序的数组，蓝色部分表示未排序数组

核心代码如下：

/**
 * @brief 冒泡排序
 * 
 * @param arr 待排序的数组
 * @param size 数组大小
 */
static void bubble_sort(int *arr, int size)
{
	for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
		bool swapped = false; // 设置标记，用于检查是否已排好序
		for (int j = 0; j < size - i; j++)
			if (arr[j] > arr[j + 1]) {
				swap(arr + j, arr + j + 1);
				swapped = true;
			}
		if (!swapped) // 未交换则排序完毕，跳出循环
			break;
	}
}

布尔值 swapped 是一种优化手段，在每次遍历未排序数组之前将其设置为 false 表示还未交换。如果遍历完未排序数组之后其值还是 false 则表示遍历过程种没有发生交换，也就是说数组已经有序，无需再次遍历，跳出循环。

二、算法分析

时间复杂度：o(n2)，两层循环

空间复杂度：o(1)，交换元素时只用了一个临时变量

最好情况：o(n)，有序数组遍历一次后 swapped 为 false 退出循环

最坏情况：o(n2)，数组倒序

稳定性：稳定，比较两个元素大小时不包括元素相等的情况，故相等元素的相对位置不变

三、完整代码

/**
 * @file bubble_sort.c
 * @date 2022-01-16
 * @author pineapple ([e-mail])
 * 
 * @brief 冒泡排序
 */

#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

/**
 * @brief 交换函数
 * 
 * @param left 左边的元素
 * @param right 右边的元素
 */
static inline void swap(int *left, int *right)
{
	int temp = *left;
	*left = *right;
	*right = temp;
}

/**
 * @brief 冒泡排序
 * 
 * @param arr 待排序的数组
 * @param size 数组大小
 */
static void bubble_sort(int *arr, int size)
{
	for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
		bool swapped = false; // 设置标记，用于检查是否已排好序
		for (int j = 0; j < size - i; j++)
			if (arr[j] > arr[j + 1]) {
				swap(arr + j, arr + j + 1);
				swapped = true;
			}
		if (!swapped) // 未交换则排序完毕，跳出循环
			break;
	}
}

/**
 * @brief 测试函数
 * 
 */
static void test()
{
	const int size = rand() % 500; // 生成随机数组大小
	int *arr = (int *)calloc(size, sizeof(int));

	// 生成范围 -50 到 49 的随机数组
	for (int i = 0; i < size; i++)
		arr[i] = rand() % 100 - 50;

	bubble_sort(arr, size);

	for (int i = 0; i < size - 1; i++)
		assert(arr[i] <= arr[i + 1]);

	free(arr);
}

int main(void)
{
	srand(time(null));
	test();
	return 0;
}

总结

到此这篇关于c语言中冒泡排序算法详解的文章就介绍到这了,更多相关c语言冒泡排序内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！