C语言排序算法的实现与分析

排序是计算机科学中的一种基本操作，它涉及到将一组数据按照一定的规则重新排列，在C语言中，我们可以使用多种排序算法来实现排序功能，如冒泡排序、选择排序、插入排序、快速排序、归并排序等，本文将对C语言中的几种常见排序算法进行详细的介绍和分析。

1、冒泡排序

冒泡排序是一种简单的排序算法，它重复地遍历要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来，遍历数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。

以下是冒泡排序的C语言实现：

#include <stdio.h>

void bubble_sort(int arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    bubble_sort(arr, n);
    printf("Sorted array is: 
");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("
");
    return 0;
}

2、选择排序

选择排序是一种简单直观的排序算法，它的工作原理是每一次从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，直到全部待排序的数据元素排完。

以下是选择排序的C语言实现：

#include <stdio.h>

void selection_sort(int arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        int min_idx = i;
        for (int j = i + 1; j < n; j++) {
            if (arr[j] < arr[min_idx]) {
                min_idx = j;
            }
        }
        if (min_idx != i) {
            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[min_idx];
            arr[min_idx] = temp;
        }
    }
}

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    selection_sort(arr, n);
    printf("Sorted array is: 
");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("
");
    return 0;
}

3、插入排序

插入排序是一种简单直观的排序算法，它的工作原理是通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入，插入排序在实现上，通常采用in-place排序（即只需用到O(1)的额外空间的排序），因而在从后向前扫描过程中，需要反复把已排序元素逐步向后挪位，为最新元素提供插入空间。

以下是插入排序的C语言实现：

#include <stdio.h>

void insertion_sort(int arr[], int n) {
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        int key = arr[i];
        int j = i - 1;
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            j--;
        }
        arr[j + 1] = key;
    }
}

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    insertion_sort(arr, n);
    printf("Sorted array is: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("
");
    return 0;
}