C++ 初学者指南 第五篇（13）

项目5-1 快速排序

在第四章中，我们学习了一种简单的排序方法叫做冒泡排序法。当时我们也谈到过有更好的排序方法。本章中我们就将学习一种最好的排序方法：快速排序法。快速排序法是由C.A.R.Hoare发明的。它是目前最好的通用的排序算法。在第四章中我们之所以没有使用快速排序法是因为其最好的实现需要使用到递归。本章中我们编写的快速排序算法将是针对一个字符数组进行排序，但是其排序的逻辑是可以应用于任何类型的对象的。

快速排序的思想是基于分段的。过程如下：选择一个称之为比较数的值，然后把数组分成两部分。所有大于或者等于比较数的值放置在数组的一端；小于比较数的值放置在数组的另一端。然后对两端再分别重复上面的过程，直到整个数组变成有序的。例如，数组fedacb，比较数为d，那么第一次进行快速排序后的结果将为bcadef。然后对其两个部分bca和def分别重复上面的过程。从中可以看出这实际上是一个递归的过程。实践中最简洁的快速排序法的实现也就是使用递归。

比较数的选择可以有两种方式：随机的选取或者是对数组中一小部分数字取其平均值。最好的排序是选择数组值中的中间值作为比较数。但是，对于大多数的数据集合来说，找出这个中间值可不容易。最差的排序是选择数是数组中的最大值或者最小值这种极端的情况。

即使是在上面的极端情况下，快速排序法仍然能够正确的进行排序。本章中我们编写的快速排序算法是采用中间位置的元素作为比较数。

还有一点，C++的库函数中已经含有了一个进行快速排序的函数qsort()。我们可以把它和我们下面自己编写的快速排序函数进行比较。

步骤：

1. 创建一个名称为QSDemo.cpp的文件

2. 快速排序将通过一对函数来实现。其中函数quicksort()为用户提供了一个方便的接口，其中调用到了实际进行排序的函数qs()。首先我们来实现quicksort()函数，如下：

//函数实际上调用qs()函数来完成排序功能
void quicksort(char *items, int len)
{
qs(items, 0, len -1);
}

其中，items指向需要排序的数组，len指明了该数组的大小。在下面我们会看到函数qs()需要一个初始的分段，这里在函数quicksort()中提供了这个初始的分段。这样做的好处是我们只需要调用函数quicksort()来进行排序，它只需要一个指向数组的指针参数和一个表示数组大小的参数，共计两个参数。由这个函数把数组的开始和结束索引作为参数传递给qs()函数完成排序。

3. 添加完成实际排序功能的函数qs()的实现，如下：

//递归函数完成对字符数组的快速排序
void qs(char *items, int left, int right)
{
int i,j;
char x, y;

i = left;
j = right;
x = items[(left + right) / 2];

do
{
while(items[i] < x && ( i < right) ) i++;
while(items[j] > x && ( j > left ) ) j--;

if ( i <=j )
{
y = items[i];
items[i] = items[j];
items[j] = y;
i++;
j--;
}

}while(i <= j );

if ( left < j ) qs(items,left, j);
if ( i < right ) qs(items, i,right);
}

调用这个函数的时候需要传入分段的边界索引。变量left表示分段的左边界。变量right表示分段的右边界。第一次调用该函数的时候，分段就是整个数组。每次递归调用的时候分段就会变得越来越小。

4. 进行快速排序的时候，我们只需要调用函数quicksort()即可，传入数组的名称和数组的长度。当该函数返回后，数组中的元素就是有序的了。请记住，我们编写的这个快速排序函数是针对字符数组的。但是，排序的逻辑是适用于任何类型的数组的。

5. 完整的程序如下：

/* 采用快速排序法完成对字符数组的排序*/
#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;

void qs(char *items, int left, int right);
void quicksort(char *items, int len);

int main()
{
char str[] ="jfmckldoelazlkper";

cout << "Original order: " << str << "\n";

quicksort(str, strlen(str) );

cout << "Sorted order: " << str << "\n";

return 0;

}

//递归函数完成对字符数组的快速排序
void qs(char *items, int left, int right)
{
int i,j;
char x, y;

i = left;
j = right;
x = items[(left + right) / 2];

do
{
while(items[i] < x && ( i < right) ) i++;
while(items[j] > x && ( j > left ) ) j--;

if ( i <=j )
{
y = items[i];
items[i] = items[j];
items[j] = y;
i++;
j--;
}

}while(i <= j );

if ( left < j ) qs(items,left, j);
if ( i < right ) qs(items, i,right);
}

//函数实际上调用qs()函数来完成排序功能
void quicksort(char *items, int len)
{
qs(items, 0, len -1);
}

程序的输出如下：

Original order: jfmckldoelazlkper

Sorted order: acdeefjkklllmoprz

问专家：

问：我听说有“默认是int类型”的规则，它是什么意思，适用于C++吗?

答：在最早的C语言中以及早期的C++版本中，如果没有指明类型，那么类型就是整型。例如，在老的代码中，下面的函数是有效的，其返回值为整型：

f() //缺省地函数返回整型

{

int x;

// ...

return x;

}

这里没有指明函数的返回值，则函数f()的返回值采用缺省的整型。然而，现在的C++是不支持这种“默认是int类型的”规则。尽管大多数的编译器都是支持对该规则的编译，以便实现向前兼容，但是我们还是应该明确指定自己所编写的每个函数的返回类型。由于老代码中依然会存在这种“默认是int类型”的写法，所以当我们在对老代码进行转换的时候需要牢记这点。