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2021
02-20

C语言对数组元素进行冒泡排序的实现

在实际开发中，有很多场景需要我们将数组元素按照从大到小（或者从小到大）的顺序排列，这样在查阅数据时会更加直观，例如：

  • 一个保存了班级学号的数组，排序后更容易分区好学生和坏学生；
  • 一个保存了商品单价的数组，排序后更容易看出它们的性价比。

对数组元素进行排序的方法有很多种，比如冒泡排序、归并排序、选择排序、插入排序、快速排序等，其中最经典最需要掌握的是「冒泡排序」。

以从小到大排序为例，冒泡排序的整体思想是这样的：

  • 从数组头部开始，不断比较相邻的两个元素的大小，让较大的元素逐渐往后移动（交换两个元素的值），直到数组的末尾。经过第一轮的比较，就可以找到最大的元素，并将它移动到最后一个位置。
  • 第一轮结束后，继续第二轮。仍然从数组头部开始比较，让较大的元素逐渐往后移动，直到数组的倒数第二个元素为止。经过第二轮的比较，就可以找到次大的元素，并将它放到倒数第二个位置。
  • 以此类推，进行 n-1（n 为数组长度）轮“冒泡”后，就可以将所有的元素都排列好。

整个排序过程就好像气泡不断从水里冒出来，最大的先出来，次大的第二出来，最小的最后出来，所以将这种排序方式称为冒泡排序（Bubble Sort）。

下面我们以“3  2  4  1”为例对冒泡排序进行说明。

第一轮  排序过程
3  2  4  1    （最初）
2  3  4  1    （比较3和2，交换）
2  3  4  1    （比较3和4，不交换）
2  3  1  4    （比较4和1，交换）
第一轮结束，最大的数字 4 已经在最后面，因此第二轮排序只需要对前面三个数进行比较。

第二轮  排序过程
2  3  1  4 （第一轮排序结果）
2  3  1  4 （比较2和3，不交换）
2  1  3  4 （比较3和1，交换）
第二轮结束，次大的数字 3 已经排在倒数第二个位置，所以第三轮只需要比较前两个元素。

第三轮  排序过程
2  1  3  4  （第二轮排序结果）
1  2  3  4  （比较2和1，交换）

至此，排序结束。

算法总结及实现

对拥有 n 个元素的数组 R[n] 进行 n-1 轮比较。

第一轮，逐个比较 (R[1], R[2]),  (R[2], R[3]),  (R[3], R[4]),  …….  (R[N-1], R[N])，最大的元素被移动到 R[n] 上。

第二轮，逐个比较 (R[1], R[2]),  (R[2], R[3]),  (R[3], R[4]),  …….  (R[N-2], R[N-1])，次大的元素被移动到 R[n-1] 上。
。。。。。。
以此类推，直到整个数组从小到大排序。

具体的代码实现如下所示：

#include <stdio.h>
int main(){
  int nums[10] = {4, 5, 2, 10, 7, 1, 8, 3, 6, 9};
  int i, j, temp;
  //冒泡排序算法：进行 n-1 轮比较
  for(i=0; i<10-1; i++){
    //每一轮比较前 n-1-i 个，也就是说，已经排序好的最后 i 个不用比较
    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;
      }
    }
  }
  
  //输出排序后的数组
  for(i=0; i<10; i++){
    printf("%d ", nums[i]);
  }
  printf("\n");
  
  return 0;
}

运行结果：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

优化算法

上面的算法是大部分教材中提供的算法，其中有一点是可以优化的：当比较到第 i 轮的时候，如果剩下的元素已经排序好了，那么就不用再继续比较了，跳出循环即可，这样就减少了比较的次数，提高了执行效率。

未经优化的算法一定会进行 n-1 轮比较，经过优化的算法最多进行 n-1 轮比较，高下立判。

优化后的算法实现如下所示：

#include <stdio.h>
int main(){
  int nums[10] = {4, 5, 2, 10, 7, 1, 8, 3, 6, 9};
  int i, j, temp, isSorted;
  
  //优化算法：最多进行 n-1 轮比较
  for(i=0; i<10-1; i++){
    isSorted = 1; //假设剩下的元素已经排序好了
    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; //一旦需要交换数组元素，就说明剩下的元素没有排序好
      }
    }
    if(isSorted) break; //如果没有发生交换，说明剩下的元素已经排序好了
  }
  for(i=0; i<10; i++){
    printf("%d ", nums[i]);
  }
  printf("\n");
  
  return 0;
}

我们额外设置了一个变量 isSorted，用它作为标志，值为“真”表示剩下的元素已经排序好了，值为“假”表示剩下的元素还未排序好。

每一轮比较之前，我们预先假设剩下的元素已经排序好了，并将 isSorted 设置为“真”，一旦在比较过程中需要交换元素，就说明假设是错的，剩下的元素没有排序好，于是将 isSorted 的值更改为“假”。

每一轮循环结束后，通过检测 isSorted 的值就知道剩下的元素是否排序好。

到此这篇关于C语言对数组元素进行冒泡排序的实现的文章就介绍到这了,更多相关C语言数组冒泡排序内容请搜索自学编程网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自学编程网！

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