【C语言篇】深入理解指针4（模拟实现qsort函数）
文章目录
- 回调函数是什么
- qsort函数介绍和使用举例
- qsort函数介绍
- qsort函数排序整型数据
- 使用qsort排序结构数据
- qsort函数的模拟实现
- 总结
- 写在最后
回调函数是什么
回调函数就是⼀个通过函数指针调⽤的函数。
如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另⼀个函数，当这个指针被⽤来调⽤其所指向的函数时，被调⽤的函数就是回调函数。
回调函数不是由该函数的实现⽅直接调⽤，⽽是在特定的事件或条件发⽣时由另外的⼀⽅调⽤的，⽤于对该事件或条件进⾏响应。
回想一下我们在设计一个计算器的时候：
需要写加减乘除函数如下：
int add(int a, int b)
{return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{return a * b;
}
int div(int a, int b)
{return a / b;
}
在使用回调函数改造前：
- 可以发现存在很多冗余的地方，在每个分支都需要书写相同的
scanf和printf语句
int main()
{int x, y;int input = 1;int ret = 0;do{ printf("*********************\n");printf(" 1:add 2:sub \n");printf(" 3:mul 4:div \n");printf("*********************\n");printf("请选择：");scanf("%d", &input);switch (input){case 1:printf("输⼊操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = add(x, y);printf("ret = %d\n", ret);break;case 2:printf("输⼊操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = sub(x, y);printf("ret = %d\n",ret);break;case 3:printf("输⼊操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = mul(x, y);printf("ret = %d\n", ret);break;case 4:printf("输⼊操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = div(x, y);printf("ret = %d\n", ret);break;case 0:printf("退出程序\n");break;default:printf("选择错误\n");break;}} while (input);return 0;
}
我们发现调用的函数都是int (int,int)类型的，我们可以把调⽤的函数的地址以参数的形式传递过去，使⽤这样类型的函数指针接收，函数指针指向什么函数就调⽤什么函数，这⾥其实使⽤的就是回调函数的功能。
void calc(int(*pf)(int, int))
{int ret = 0;int x, y;printf("输⼊操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = pf(x, y);printf("ret = %d\n", ret);
}
使用回调函数改造后：
int main()
{int x, y;int input = 1;int ret = 0;do{ printf("*********************\n");printf(" 1:add 2:sub \n");printf(" 3:mul 4:div \n");printf("*********************\n");printf("请选择：");scanf("%d", &input);switch(input){case 1:calc(add);break;case 2:calc(sub);break;case 3:calc(mul);break;case 4:calc(div);break;case 0:printf("退出程序\n");break;default:printf("选择错误\n");break;}} while (input);return 0;
}
注意区分这和我们在【C语言篇】深入理解指针3（附转移表源码）中实现的转移表，这里使用的是回调函数，但在转移表中我们使用的是函数指针数组
qsort函数介绍和使用举例
qsort函数介绍
void qsort(void* base, //指向待排序数组的第一个元素的指针size_t num, //base指向数组中的元素个数size_t size,//base指向的数组中一个元素的大小，单位是字节int (*cmp)(const void*, const void*) //函数指针 - 传递函数的地址 );-
头文件为
stdlib.h
-
参数四个介绍如上
-
对最后一个参数特别介绍一下：
-
函数指针，指向的函数是用来比较待排序数组的元素大小的
-
由使用
qsort函数的用户来实现 -
- 如果
p1指向的元素小于p2，则返回小于0的数字 - 如果二者相等，则返回0
- 如果
p1指向的元素大于p2，则返回大于0的数字
- 如果
-
-
qsort函数默认是排升序，如果想排降序，则在compare函数里将上述规则反一下即可，即当p1指向的元素小于p2时返回大于0的数字
qsort函数排序整型数据
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>//qosrt函数的使⽤者得实现⼀个⽐较函数int int_cmp(const void * p1, const void * p2)
{return (*( int *)p1 - *(int *) p2);
}
int main()
{int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };int i = 0;qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof (int), int_cmp);for (i = 0; i< sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++){printf( "%d ", arr[i]);}printf("\n");return 0;
}
使用qsort排序结构数据
struct Stu //学⽣
{char name[20];//名字int age;//年龄
};
//假设按照年龄来⽐较
int cmp_stu_by_age(const void* e1, const void* e2)
{return ((struct Stu*)e1)->age - ((struct Stu*)e2)->age;
}
//strcmp - 是库函数，是专⻔⽤来⽐较两个字符串的⼤⼩的
//假设按照名字来⽐较
int cmp_stu_by_name(const void* e1, const void* e2)
{return strcmp(((struct Stu*)e1)->name, ((struct Stu*)e2)->name);
}
//按照年龄来排序
void test2()
{struct Stu s[] = { {"zhangsan", 20}, {"lisi", 30}, {"wangwu", 15} };int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);qsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_stu_by_age);
}
//按照名字来排序
void test3()
{struct Stu s[] = { {"zhangsan", 20}, {"lisi", 30}, {"wangwu", 15} };int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);qsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_stu_by_name);
}
int main()
{test2();test3();return 0;
}
qsort函数的模拟实现
使用回调函数，模拟实现qsort
注意：
qsost底层采用的是快速排序的方法，在这里我们使用更简单的冒泡排序的排序算法来模拟实现qsort函数，对快排想要了解更多的读者可以看看【初阶数据结构篇】冒泡排序和快速排序（中篇）- 这里使用
void*的指针，以实现泛型编程
在实现前我们先温故一下冒泡排序
- 总共n个数据，要排n-1趟
- 第i（i从0开始取）趟要比较n-1-i次
void bubble_sort(int arr[], int sz)
{//趟数int i = 0;for (i = 0; i < sz - 1; i++){//一趟内部的两两比较int j = 0;for (j = 0; j < sz-1-i; j++){if (arr[j] > arr[j + 1]){int tmp = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = tmp;}}}
}
void print_arr(int arr[], int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}
}int main()
{int arr[] = { 3,1,7,9,4,2,6,5,8,0 };//排序 - 升序int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);bubble_sort(arr, sz);print_arr(arr, sz);return 0;
}
冒泡排序只需要两个参数，待排序数组和数组元素个数
我们要实现的qsort是可以针对任何数据进行排序，那想一下我们知道用户使用这个函数的时候是拿来排序什么数据吗？显然是不知道的，所以在内部实现时，我们需要更改什么呢？分析如下：
- 首先是趟数和一趟之内的比较次数，这是冒泡算法，无论什么数据都不需要改变整体的大框架
重点在于以下两点：
- 比较的方式
- 由于不知道用户排序的数据类型，传过来的数组首元素地址我们必须使用
void*指针接收，是不能进行解引用的，且数据类型是不能传参的，那我们该怎么找到相邻元素比较呢？
于是我们在参数中添加了数组元素的大小（即宽度，一个元素占几个字节，这是用户可以传参的），这样就能找到相邻元素了
(char*)base + j * width
(char*)base + (j + 1) * width)
这样在内层循环中就能依次找到两个相邻元素了
接下来就是如何比较，由于我们不知道用户排序什么数据，所以没办法实现两个数据的比较，例如整数可以直接使用关系操作符，而字符串需要strcmp函数等等，于是我们把比较两个数据大小的函数交给用户去实现，所以在参数中使用了一个函数指针
这样比较两数的方式就更改完毕了
if (cmp((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width) > 0)
- 这里我们默认还是
qsort的比较规则，用户实现compare函数时如果遵守：当第一个元素大于第二个元素时，就返回大于0的数字，此时我们交换，按这个规则排序出来为升序，反之为降序
- 交换数据的方式
- 同样的是，我们不知道数据类型，但我们知道数据的大小，所以我们可以一个一个字节的交换
void Swap(char* buf1, char* buf2, size_t width)
{int i = 0;char tmp = 0;for (i = 0; i < width; i++){tmp = *buf1;*buf1 = *buf2;*buf2 = tmp;buf1++;buf2++;}
}
这样我们就完成了qsort函数的模拟实现
如下：
void Swap(char* buf1, char* buf2, size_t width)
{int i = 0;char tmp = 0;for (i = 0; i < width; i++){tmp = *buf1;*buf1 = *buf2;*buf2 = tmp;buf1++;buf2++;}
}void bubble_sort(void* base, size_t sz, size_t width, int (*cmp)(const void* p1, const void* p2))
{//趟数int i = 0;for (i = 0; i < sz - 1; i++){//一趟内部的两两比较int j = 0;for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++){//if (arr[j] > arr[j + 1])//比较两个元素if (cmp((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width) > 0){//交换两个元素Swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);}}}
}
总结
本篇模拟实现qsort函数是很典型的回调函数的例子，因为不知道用户排序数据的类型，所以qsort函数的实现方把比较两个数据的函数交给用户自己去实现，这个函数通过函数指针传递给qsort，在qsort函数内部发生比较时再根据函数指针调用这个比较函数，这种就是回调函数
同时，在qsort函数的实现中，我们多次使用了void*指针
void* base用以接收不同类型的数组- 规定
compare函数参数设置为两个const void*，用以接收不同的数据类型，用户使用时知道排序什么数据进行强制类型转换后再使用
巧妙地使用void*指针实现了对不同数据排序，这种编程也叫做泛型编程
写在最后
C语言指针是一个重头戏，关于指针的内容会有4-5篇博客，敬请期待喔💕
以上就是关于深入理解指针4的内容啦，各位大佬有什么问题欢迎在评论区指正，您的支持是我创作的最大动力！❤️
