C語言實現數組元素排序方法詳解
前言
在實際開發中，有很多場景需要我們將數組元素按照從大到小（或者從小到大）的順序排列，這樣在查閱數據時會更加直觀，例如：
- 一個保存瞭班級學號的數組，排序後更容易分區好學生和壞學生；
- 一個保存瞭商品單價的數組，排序後更容易看出它們的性價比。
對數組元素進行排序的方法有很多種，比如冒泡排序、歸並排序、選擇排序、插入排序、快速排序等，其中最經典最需要掌握的是「冒泡排序」。
以從小到大排序為例，冒泡排序的整體思想是這樣的：
- 從數組頭部開始，不斷比較相鄰的兩個元素的大小，讓較大的元素逐漸往後移動（交換兩個元素的值），直到數組的末尾。經過第一輪的比較，就可以找到最大的元素，並將它移動到最後一個位置。
- 第一輪結束後，繼續第二輪。仍然從數組頭部開始比較，讓較大的元素逐漸往後移動，直到數組的倒數第二個元素為止。經過第二輪的比較，就可以找到次大的元素，並將它放到倒數第二個位置。
- 以此類推，進行 n-1（n 為數組長度）輪“冒泡”後，就可以將所有的元素都排列好。
整個排序過程就好像氣泡不斷從水裡冒出來，最大的先出來，次大的第二出來，最小的最後出來，所以將這種排序方式稱為冒泡排序（Bubble Sort）。
下面我們以“3 2 4 1”為例對冒泡排序進行說明。
第一輪 排序過程
3 2 4 1 （最初）
2 3 4 1 （比較3和2，交換）
2 3 4 1 （比較3和4，不交換）
2 3 1 4 （比較4和1，交換）
第一輪結束，最大的數字 4 已經在最後面，因此第二輪排序隻需要對前面三個數進行比較。
第二輪 排序過程
2 3 1 4 （第一輪排序結果）
2 3 1 4 （比較2和3，不交換）
2 1 3 4 （比較3和1，交換）
第二輪結束，次大的數字 3 已經排在倒數第二個位置，所以第三輪隻需要比較前兩個元素。
第三輪 排序過程
2 1 3 4 （第二輪排序結果）
1 2 3 4 （比較2和1，交換）
至此，排序結束。
算法總結及實現
對擁有 n 個元素的數組 R[n] 進行 n-1 輪比較。
第一輪，逐個比較 (R[1], R[2]), (R[2], R[3]), (R[3], R[4]), ……. (R[N-1], R[N])，最大的元素被移動到 R[n] 上。
第二輪，逐個比較 (R[1], R[2]), (R[2], R[3]), (R[3], R[4]), ……. (R[N-2], R[N-1])，次大的元素被移動到 R[n-1] 上。
以此類推，直到整個數組從小到大排序。
具體的代碼實現如下所示：
#include<stdio.h>
intmain(){
int nums[10]={4,5,2,10,7,1,8,3,6,9};
int i, j, temp;
//冒泡排序算法：進行 n-1 輪比較
for(i=0; i<10-1; i++){
//每一輪比較前 n-1-i 個，也就是說，已經排序好的最後 i 個不用比較
for(j=0; j<10-1-i; j++){
if(nums[j]> nums[j+1]){
temp = nums[j];
nums[j]= nums[j+1];
nums[j+1]= temp;
}
}
}
//輸出排序後的數組
for(i=0; i<10; i++){
printf("%d ", nums[i]);
}
printf("\n");
return0;
}
運行結果：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
優化算法
上面的算法是大部分教材中提供的算法，其中有一點是可以優化的：當比較到第 i 輪的時候，如果剩下的元素已經排序好瞭，那麼就不用再繼續比較瞭，跳出循環即可，這樣就減少瞭比較的次數，提高瞭執行效率。
未經優化的算法一定會進行 n-1 輪比較，經過優化的算法最多進行 n-1 輪比較，高下立判。
優化後的算法實現如下所示：
#include<stdio.h>
intmain(){
int nums[10]={4,5,2,10,7,1,8,3,6,9};
int i, j, temp, isSorted;
//優化算法：最多進行 n-1 輪比較
for(i=0; i<10-1; i++){
isSorted =1;//假設剩下的元素已經排序好瞭
for(j=0; j<10-1-i; j++){
if(nums[j]> nums[j+1]){
temp = nums[j];
nums[j]= nums[j+1];
nums[j+1]= temp;
isSorted =0;//一旦需要交換數組元素，就說明剩下的元素沒有排序好
}
}
if(isSorted)break;//如果沒有發生交換，說明剩下的元素已經排序好瞭
}
for(i=0; i<10; i++){
printf("%d ", nums[i]);
}
printf("\n");
return0;
}
我們額外設置瞭一個變量 isSorted，用它作為標志，值為“真”表示剩下的元素已經排序好瞭，值為“假”表示剩下的元素還未排序好。
每一輪比較之前，我們預先假設剩下的元素已經排序好瞭，並將 isSorted 設置為“真”，一旦在比較過程中需要交換元素，就說明假設是錯的，剩下的元素沒有排序好，於是將 isSorted 的值更改為“假”。
每一輪循環結束後，通過檢測 isSorted 的值就知道剩下的元素是否排序好。
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