C语言实现快速排序算法详解

"快速排序是一种高效的排序算法，通过一趟排序将待排记录分隔成独立的两部分，然后对这两部分分别进行排序。本文档提供了一段C语言实现快速排序的代码示例，包括`quick_sort`、`partition`和`swap`三个关键函数，以及在`main`函数中的应用和输出排序结果的流程。" 快速排序是一种由英国计算机科学家C.A.R. Hoare在1960年提出的排序算法，它的主要特点是基于“分而治之”的策略。快速排序的基本步骤如下： 1. **选择枢轴元素**：在待排序的数组中选取一个元素作为枢轴，通常选择最后一个元素或中间元素。 2. **分区操作**：重新排列数组，使得所有小于枢轴的元素移动到枢轴的左边，所有大于枢轴的元素移动到右边。这个过程由`partition`函数完成。在这个函数中，会遍历数组，将小于枢轴的元素与左边的元素交换位置，最终枢轴会被放在正确的位置，即所有小于它的元素的右边。 3. **递归排序**：对枢轴左右两边的子数组分别进行上述步骤，直到子数组只有一个元素或者为空。这由`quick_sort`函数实现，它采用递归的方式，对每个子数组进行排序。 4. **合并结果**：由于快速排序是原地排序，不需要额外的存储空间，所以整个排序过程中数组会逐渐变得有序，最后整个数组都会被排序好。 在提供的C语言代码中： - `quick_sort`函数接收一个整数数组`arr`，以及数组的起始下标`low`和结束下标`high`。如果`low<high`，则进行分区并递归调用自身处理子数组。 - `partition`函数负责将数组分区，返回枢轴元素的最终位置。它首先将枢轴元素与数组最后一个元素交换，然后从数组左边界开始遍历，将小于枢轴的元素与其左侧的元素交换，最后再次将枢轴元素与当前下标的元素交换，确保枢轴位于正确位置。 - `swap`函数是一个辅助函数，用于交换两个整数变量的值。 - `main`函数是程序的入口，定义了一个整数数组，调用`quick_sort`进行排序，并通过`printf`输出排序后的结果。 快速排序的平均时间复杂度为O(n log n)，最坏情况（输入已排序或逆序）为O(n^2)，但这种情况并不常见。在实际应用中，快速排序通常比其他O(n log n)的排序算法如归并排序更快，因为它在内部循环中的效率更高，且常数因子较小。