#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
#include <stdlib.h>
#include <io.h>
#include <math.h>
#include <time.h>

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

#define MAX_LENGTH_INSERT_SORT 7 /* 用於快速排序時判斷是否選用插入排序闕值 */

typedef int Status;

#define MAXSIZE 10000 /* 用於要排序數組個數最大值，可根據需要修改 */
typedef struct
{
int r[MAXSIZE+1]; /* 用於存儲要排序數組，r[0]用作哨兵或臨時變量 */
int length; /* 用於記錄順序表的長度 */
}SqList;

/* 交換L中數組r的下標為i和j的值 */
void swap(SqList *L,int i,int j)
{
int temp=L->r[i];
L->r[i]=L->r[j];
L->r[j]=temp;
}

void print(SqList L)
{
int i;
for(i=1;i<L.length;i++)
printf("%d,",L.r[i]);
printf("%d",L.r[i]);
printf("\n");
}

/* 對順序表L作交換排序（冒泡排序初級版） */
void BubbleSort0(SqList *L)
{
int i,j;
for(i=1;i<L->length;i++)
{
for(j=i+1;j<=L->length;j++)
{
if(L->r[i]>L->r[j])
{
swap(L,i,j);/* 交換L->r[i]與L->r[j]的值 */
}
}
}
}

/* 對順序表L作冒泡排序 */
void BubbleSort(SqList *L)
{
int i,j;
for(i=1;i<L->length;i++)
{
for(j=L->length-1;j>=i;j--) /* 註意j是從後往前循環 */
{
if(L->r[j]>L->r[j+1]) /* 若前者大於後者（註意這裏與上一算法的差異）*/
{
swap(L,j,j+1);/* 交換L->r[j]與L->r[j+1]的值 */
}
}
}
}

/* 對順序表L作改進冒泡算法 */
void BubbleSort2(SqList *L)
{
int i,j;
Status flag=TRUE; /* flag用來作為標記 */
for(i=1;i<L->length && flag;i++) /* 若flag為true說明有過數據交換，否則停止循環 */
{
flag=FALSE; /* 初始為False */
for(j=L->length-1;j>=i;j--)
{
if(L->r[j]>L->r[j+1])
{
swap(L,j,j+1); /* 交換L->r[j]與L->r[j+1]的值 */
flag=TRUE; /* 如果有數據交換，則flag為true */
}
}
}
}

/* 對順序表L作簡單選擇排序 */
void SelectSort(SqList *L)
{
int i,j,min;
for(i=1;i<L->length;i++)
{
min = i; /* 將當前下標定義為最小值下標 */
for (j = i+1;j<=L->length;j++)/* 循環之後的數據 */
{
if (L->r[min]>L->r[j]) /* 如果有小於當前最小值的關鍵字 */
min = j; /* 將此關鍵字的下標賦值給min */
}
if(i!=min) /* 若min不等於i，說明找到最小值，交換 */
swap(L,i,min); /* 交換L->r[i]與L->r[min]的值 */
}
}

/* 對順序表L作直接插入排序 */
void InsertSort(SqList *L)
{
int i,j;
for(i=2;i<=L->length;i++)
{
if (L->r[i]<L->r[i-1]) /* 需將L->r[i]插入有序子表 */
{
L->r[0]=L->r[i]; /* 設置哨兵 */
for(j=i-1;L->r[j]>L->r[0];j--)
L->r[j+1]=L->r[j]; /* 記錄後移 */
L->r[j+1]=L->r[0]; /* 插入到正確位置 */
}
}
}

/* 對順序表L作希爾排序 */
void ShellSort(SqList *L)
{
int i,j,k=0;
int increment=L->length;
do
{
increment=increment/3+1;/* 增量序列 */
for(i=increment+1;i<=L->length;i++)
{
if (L->r[i]<L->r[i-increment])/* 需將L->r[i]插入有序增量子表 */
{
L->r[0]=L->r[i]; /* 暫存在L->r[0] */
for(j=i-increment;j>0 && L->r[0]<L->r[j];j-=increment)
L->r[j+increment]=L->r[j]; /* 記錄後移，查找插入位置 */
L->r[j+increment]=L->r[0]; /* 插入 */
}
}
printf(" 第%d趟排序結果: ",++k);
print(*L);
}
while(increment>1);

}

/* 堆排序********************************** */

/* 已知L->r[s..m]中記錄的關鍵字除L->r[s]之外均滿足堆的定義， */
/* 本函數調整L->r[s]的關鍵字,使L->r[s..m]成為一個大頂堆 */
void HeapAdjust(SqList *L,int s,int m)
{
int temp,j;
temp=L->r[s];
for(j=2*s;j<=m;j*=2) /* 沿關鍵字較大的孩子結點向下篩選 */
{
if(j<m && L->r[j]<L->r[j+1])
++j; /* j為關鍵字中較大的記錄的下標 */
if(temp>=L->r[j])
break; /* rc應插入在位置s上 */
L->r[s]=L->r[j];
s=j;
}
L->r[s]=temp; /* 插入 */
}

/* 對順序表L進行堆排序 */
void HeapSort(SqList *L)
{
int i;
for(i=L->length/2;i>0;i--) /* 把L中的r構建成一個大根堆 */
HeapAdjust(L,i,L->length);

for(i=L->length;i>1;i--)
{
swap(L,1,i); /* 將堆頂記錄和當前未經排序子序列的最後一個記錄交換 */
HeapAdjust(L,1,i-1); /* 將L->r[1..i-1]重新調整為大根堆 */
}
}

/* **************************************** */

/* 歸並排序********************************** */

/* 將有序的SR[i..m]和SR[m+1..n]歸並為有序的TR[i..n] */
void Merge(int SR[],int TR[],int i,int m,int n)
{
int j,k,l;
for(j=m+1,k=i;i<=m && j<=n;k++) /* 將SR中記錄由小到大地並入TR */
{
if (SR[i]<SR[j])
TR[k]=SR[i++];
else
TR[k]=SR[j++];
}
if(i<=m)
{
for(l=0;l<=m-i;l++)
TR[k+l]=SR[i+l]; /* 將剩余的SR[i..m]復制到TR */
}
if(j<=n)
{
for(l=0;l<=n-j;l++)
TR[k+l]=SR[j+l]; /* 將剩余的SR[j..n]復制到TR */
}
}

/* 遞歸法 */
/* 將SR[s..t]歸並排序為TR1[s..t] */
void MSort(int SR[],int TR1[],int s, int t)
{
int m;
int TR2[MAXSIZE+1];
if(s==t)
TR1[s]=SR[s];
else
{
m=(s+t)/2; /* 將SR[s..t]平分為SR[s..m]和SR[m+1..t] */
MSort(SR,TR2,s,m); /* 遞歸地將SR[s..m]歸並為有序的TR2[s..m] */
MSort(SR,TR2,m+1,t); /* 遞歸地將SR[m+1..t]歸並為有序的TR2[m+1..t] */
Merge(TR2,TR1,s,m,t); /* 將TR2[s..m]和TR2[m+1..t]歸並到TR1[s..t] */
}
}

/* 對順序表L作歸並排序 */
void MergeSort(SqList *L)
{
MSort(L->r,L->r,1,L->length);
}

/* 非遞歸法 */
/* 將SR[]中相鄰長度為s的子序列兩兩歸並到TR[] */
void MergePass(int SR[],int TR[],int s,int n)
{
int i=1;
int j;
while(i <= n-2*s+1)
{/* 兩兩歸並 */
Merge(SR,TR,i,i+s-1,i+2*s-1);
i=i+2*s;
}
if(i<n-s+1) /* 歸並最後兩個序列 */
Merge(SR,TR,i,i+s-1,n);
else /* 若最後只剩下單個子序列 */
for(j =i;j <= n;j++)
TR[j] = SR[j];
}

/* 對順序表L作歸並非遞歸排序 */
void MergeSort2(SqList *L)
{
int* TR=(int*)malloc(L->length * sizeof(int));/* 申請額外空間 */
int k=1;
while(k<L->length)
{
MergePass(L->r,TR,k,L->length);
k=2*k;/* 子序列長度加倍 */
MergePass(TR,L->r,k,L->length);
k=2*k;/* 子序列長度加倍 */
}
}

/* **************************************** */

/* 快速排序******************************** */

/* 交換順序表L中子表的記錄，使樞軸記錄到位，並返回其所在位置 */
/* 此時在它之前(後)的記錄均不大(小)於它。 */
int Partition(SqList *L,int low,int high)
{
int pivotkey;

pivotkey=L->r[low]; /* 用子表的第一個記錄作樞軸記錄 */
while(low<high) /* 從表的兩端交替地向中間掃描 */
{
while(low<high&&L->r[high]>=pivotkey)
high--;
swap(L,low,high);/* 將比樞軸記錄小的記錄交換到低端 */
while(low<high&&L->r[low]<=pivotkey)
low++;
swap(L,low,high);/* 將比樞軸記錄大的記錄交換到高端 */
}
return low; /* 返回樞軸所在位置 */
}

/* 對順序表L中的子序列L->r[low..high]作快速排序 */
void QSort(SqList *L,int low,int high)
{
int pivot;
if(low<high)
{
pivot=Partition(L,low,high); /* 將L->r[low..high]一分為二，算出樞軸值pivot */
QSort(L,low,pivot-1); /* 對低子表遞歸排序 */
QSort(L,pivot+1,high); /* 對高子表遞歸排序 */
}
}

/* 對順序表L作快速排序 */
void QuickSort(SqList *L)
{
QSort(L,1,L->length);
}

/* **************************************** */

/* 改進後快速排序******************************** */

/* 快速排序優化算法 */
int Partition1(SqList *L,int low,int high)
{
int pivotkey;

int m = low + (high - low) / 2; /* 計算數組中間的元素的下標 */
if (L->r[low]>L->r[high])
swap(L,low,high); /* 交換左端與右端數據，保證左端較小 */
if (L->r[m]>L->r[high])
swap(L,high,m); /* 交換中間與右端數據，保證中間較小 */
if (L->r[m]>L->r[low])
swap(L,m,low); /* 交換中間與左端數據，保證左端較小 */

pivotkey=L->r[low]; /* 用子表的第一個記錄作樞軸記錄 */
L->r[0]=pivotkey; /* 將樞軸關鍵字備份到L->r[0] */
while(low<high) /* 從表的兩端交替地向中間掃描 */
{
while(low<high&&L->r[high]>=pivotkey)
high--;
L->r[low]=L->r[high];
while(low<high&&L->r[low]<=pivotkey)
low++;
L->r[high]=L->r[low];
}
L->r[low]=L->r[0];
return low; /* 返回樞軸所在位置 */
}

void QSort1(SqList *L,int low,int high)
{
int pivot;
if((high-low)>MAX_LENGTH_INSERT_SORT)
{
while(low<high)
{
pivot=Partition1(L,low,high); /* 將L->r[low..high]一分為二，算出樞軸值pivot */
QSort1(L,low,pivot-1); /* 對低子表遞歸排序 */
/* QSort(L,pivot+1,high); /* 對高子表遞歸排序 */
low=pivot+1; /* 尾遞歸 */
}
}
else
InsertSort(L);
}

/* 對順序表L作快速排序 */
void QuickSort1(SqList *L)
{
QSort1(L,1,L->length);
}

/* **************************************** */
#define N 9
int main()
{
int i;

/* int d[N]={9,1,5,8,3,7,4,6,2}; */
int d[N]={50,10,90,30,70,40,80,60,20};
/* int d[N]={9,8,7,6,5,4,3,2,1}; */

SqList l0,l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8,l9,l10;

for(i=0;i<N;i++)
l0.r[i+1]=d[i];
l0.length=N;
l1=l2=l3=l4=l5=l6=l7=l8=l9=l10=l0;
printf("排序前:\n");
print(l0);

printf("初級冒泡排序:\n");
BubbleSort0(&l0);
print(l0);

printf("冒泡排序:\n");
BubbleSort(&l1);
print(l1);

printf("改進冒泡排序:\n");
BubbleSort2(&l2);
print(l2);

printf("選擇排序:\n");
SelectSort(&l3);
print(l3);

printf("直接插入排序:\n");
InsertSort(&l4);
print(l4);

printf("希爾排序:\n");
ShellSort(&l5);
print(l5);

printf("堆排序:\n");
HeapSort(&l6);
print(l6);

printf("歸並排序（遞歸）:\n");
MergeSort(&l7);
print(l7);

printf("歸並排序（非遞歸）:\n");
MergeSort2(&l8);
print(l8);

printf("快速排序:\n");
QuickSort(&l9);
print(l9);

printf("改進快速排序:\n");
QuickSort1(&l10);
print(l10);

/*大數據排序*/
/*
srand(time(0));
int Max=10000;
int d[10000];
int i;
SqList l0;
for(i=0;i<Max;i++)
d[i]=rand()%Max+1;
for(i=0;i<Max;i++)
l0.r[i+1]=d[i];
l0.length=Max;
MergeSort(l0);
print(l0);
*/
return 0;
}

排序的C語言實現