11种常用排序算法的C语言代码实现

董孝财

以下是常用的11种排序算法的C语言代码实现，附带有代码注释和讲解：
1.冒泡排序
void bubble_sort(int arr[], int n)
{
    for (int i = 0; i < n-1; i++) {
        for (int j = 0; j < n-i-1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j+1]) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j+1];
                arr[j+1] = temp;
            }
        }
    }
}冒泡排序是一种基础的排序算法。它的基本思想是重复地遍历数组，比较相邻的两个元素，如果它们的顺序不对，就交换它们的位置，直到数组排序完成。
2.插入排序
void insertion_sort(int arr[], int n)
{
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        int key = arr;
        int j = i-1;
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j+1] = arr[j];
            j--;
        }
        arr[j+1] = key;
    }
}插入排序也是一种基础的排序算法。它的基本思想是将一个元素插入到已经排好序的数组中，一次将一个元素插入到正确的位置。这个算法在处理小型数据集时非常高效。
3.选择排序
void selection_sort(int arr[], int n)
{
    for (int i = 0; i < n-1; i++) {
        int min_index = i;
        for (int j = i+1; j < n; j++) {
            if (arr[j] < arr[min_index]) {
                min_index = j;
            }
        }
        int temp = arr;
        arr = arr[min_index];
        arr[min_index] = temp;
    }
}选择排序也是一种基础的排序算法。它的基本思想是从未排序的数组中选择最小的元素，将其放在已排序的数组的末尾。这个算法在处理小型数据集时非常高效。
4.快速排序
void quick_sort(int arr[], int low, int high)
{
    if (low < high) {
        int pivot = partition(arr, low, high);
        quick_sort(arr, low, pivot-1);
        quick_sort(arr, pivot+1, high);
    }
}

int partition(int arr[], int low, int high)
{
    int pivot = arr[high];
    int i = low - 1;
    for (int j = low; j < high; j++) {
        if (arr[j] < pivot) {
            i++;
            int temp = arr;
            arr = arr[j];
            arr[j] = temp;
        }
    }
    int temp = arr[i+1];
    arr[i+1] = arr[high];
    arr[high] = temp;
    return i+1;
}快速排序是一种高效的排序算法，它的基本思想是选取一个元素作为分区点，将数组分为左右两部分，左部分的元素都小于等于分区点，右部分的元素都大于等于分区点。然后递归地对左右两部分进行快速排序。
5.归并排序
void merge_sort(int arr[], int left, int right)
{
    if (left < right) {
        int mid = (left + right) / 2;
        merge_sort(arr, left, mid);
        merge_sort(arr, mid+1, right);
        merge(arr, left, mid, right);
    }
}

void merge(int arr[], int left, int mid, int right)
{
    int i, j, k;
    int n1 = mid - left + 1;
    int n2 = right - mid;
    int L[n1], R[n2];
    for (i = 0; i < n1; i++) {
        L = arr[left + i];
    }
    for (j = 0; j < n2; j++) {
        R[j] = arr[mid + 1 + j];
    }
    i = 0;
    j = 0;
    k = left;
    while (i < n1 && j < n2) {
        if (L <= R[j]) {
            arr[k] = L;
            i++;
        } else {
            arr[k] = R[j];
            j++;
        }
        k++;
    }
    while (i < n1) {
        arr[k] = L;
        i++;
        k++;
    }
    while (j < n2) {
        arr[k] = R[j];
        j++;
        k++;
    }
}归并排序是一种稳定的排序算法，它的基本思想是将一个数组分成两个子数组，递归地对子数组进行排序，然后将两个子数组合并为一个有序数组。归并排序通常比快速排序慢，但是它能够处理大型数据集。
6.堆排序
void heap_sort(int arr[], int n)
{
    for (int i = n/2 - 1; i >= 0; i--) {
        heapify(arr, n, i);
    }
    for (int i = n-1; i > 0; i--) {
        int temp = arr[0];
        arr[0] = arr;
        arr = temp;
        heapify(arr, i, 0);
    }
}

void heapify(int arr[], int n, int i)
{
    int largest = i;
    int left = 2*i + 1;
    int right = 2*i + 2;
    if (left < n && arr[left] > arr[largest]) {
        largest = left;
    }
    if (right < n && arr[right] > arr[largest]) {
        largest = right;
    }
    if (largest != i) {
        int temp = arr;
        arr = arr[largest];
        arr[largest] = temp;
        heapify(arr, n, largest);
    }
}堆排序是一种高效的排序算法，它的基本思想是将一个数组看成一个完全二叉树，然后将这个完全二叉树转换成一个堆，递归进行调整，最终得到一个有序数组。堆排序的时间复杂度为O(n log n)，空间复杂度为O(1)。
7.计数排序
void counting_sort(int arr[], int n)
{
    int max = arr[0];
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        if (arr > max) {
            max = arr;
        }
    }
    int count[max+1];
    for (int i = 0; i <= max; i++) {
        count = 0;
    }
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        count[arr]++;
    }
    for (int i = 1; i <= max; i++) {
        count += count[i-1];
    }
    int output[n];
    for (int i = n-1; i >= 0; i--) {
        output[count[arr]-1] = arr;
        count[arr]--;
    }
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr = output;
    }
}计数排序是一种稳定的排序算法，它的基本思想是统计每个元素出现的次数，然后按照元素的大小顺序将它们放回原数组。计数排序的时间复杂度为O(n+k)，其中k是元素的范围，空间复杂度为O(n+k)。
8.桶排序
void bucket_sort(int arr[], int n, int bucket_size)
{
    int max = arr[0];
    int min = arr[0];
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        if (arr > max) {
            max = arr;
        }
        if (arr < min) {
            min = arr;
        }
    }
    int bucket_count = (max - min) / bucket_size + 1;
    int *buckets[bucket_count];
    for (int i = 0; i < bucket_count; i++) {
        buckets = (int*)malloc(bucket_size * sizeof(int));
    }
    for (int i = 0; i < bucket_count; i++) {
        int index = 0;
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            if (arr[j] >= min + i * bucket_size && arr[j] < min + (i+1) * bucket_size) {
                buckets[index++] = arr[j];
            }
        }
        insertion_sort(buckets, index);
    }
    int index = 0;
    for (int i = 0; i < bucket_count; i++) {
        for (int j = 0; j < index; j++) {
            arr[index++] = buckets[j];
        }
    }
    for (int i = 0; i < bucket_count; i++) {
        free(buckets);
    }
}桶排序是一种稳定的排序算法，它的基本思想是将一个区间划分为若干个桶，然后将元素放入相应的桶中，对每个桶进行排序，最后将桶中的元素按照顺序合并为一个有序数组。
9.基数排序
void radix_sort(int arr[], int n)
{
    int max = arr[0];
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        if (arr > max) {
            max = arr;
        }
    }
    for (int exp = 1; max/exp > 0; exp *= 10) {
        int output[n];
        int count[10] = {0};
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            count[(arr/exp)%10]++;
        }
        for (int i = 1; i < 10; i++) {
            count += count[i-1];
        }
        for (int i = n-1; i >= 0; i--) {
            output[count[(arr/exp)%10]-1] = arr;
            count[(arr/exp)%10]--;
        }
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            arr = output;
        }
    }
}基数排序是一种稳定的排序算法，它的基本思想是将整数按照位数进行分解，从低位到高位依次进行排序，最终得到一个有序数组。基数排序的时间复杂度为O(d(n+k))，其中d是位数，k是基数，空间复杂度为O(n+k)。
10.摇摆排序
void wiggle_sort(int arr[], int n)
{
    for (int i = 0; i < n-1; i++) {
        if (i % 2 == 0) {
            if (arr > arr[i+1]) {
                swap(&arr, &arr[i+1]);
            }
        } else {
            if (arr < arr[i+1]) {
                swap(&arr, &arr[i+1]);
            }
        }
    }
}摇摆排序是一种特殊的排序算法，它的基本思想是将数组元素按照摇摆的方式排列，即将相邻的元素交换，使得它们满足一定的条件。摇摆排序的时间复杂度为O(n)，空间复杂度为O(1)。
11.希尔排序
void shell_sort(int arr[], int n)
{
    for (int gap = n/2; gap > 0; gap /= 2) {
        for (int i = gap; i < n; i++) {
            int temp = arr;
            int j;
            for (j = i; j >= gap && arr[j-gap] > temp; j -= gap) {
                arr[j] = arr[j-gap];
            }
            arr[j] = temp;
        }
    }
}希尔排序是一种改进的插入排序算法，它的基本思想是将数组元素按照一定的间隔分组，对每组进行插入排序，然后逐步缩小间隔，最终得到一个有序数组。希尔排序的时间复杂度为O(n log n)，空间复杂度为O(1)。