C++实现冒泡排序的多种方式详解_C/C++

引言

冒泡排序是最基础的排序算法之一，它的核心思想是通过相邻元素的比较和交换，将较大的元素逐步"冒泡"到数组的末尾。今天我们来分析三种不同的冒泡排序实现方式，每种都有其独特之处。

算法基础

冒泡排序的基本原理很简单：重复遍历待排序的数列，一次比较两个元素，如果它们的顺序错误就把它们交换过来。遍历数列的工作重复进行，直到没有再需要交换的元素，这意味着该数列已经排序完成。

时间复杂度：

最坏情况：o(n²)
最好情况：o(n) - 优化后
平均情况：o(n²)

空间复杂度：o(1)

方法一：基础冒泡排序

int main()
{
    int a[] = { 2,1,5,7,3,9,0,4,6,8 };
    int temp = 0;
    int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);
    printf("%d\n",n);
    
    for (int i = 0; i < n-1; i++)
    {
        for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++)
        {
            if ( a[j] > a[j+1] )
            {
                temp = a[j];
                a[j] = a[j + 1];
                a[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
 
    for (int k = 0; k < n; k++)
    {
        printf("%d ", a[k]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

代码解析

数组初始化：int a[] = { 2,1,5,7,3,9,0,4,6,8 }; 创建待排序数组
计算数组长度：int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]); 通过总字节数除以单个元素字节数得到元素个数
双重循环结构：
- 外层循环控制排序轮数：for (int i = 0; i < n-1; i++)
- 内层循环进行相邻元素比较：for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++)
元素交换：使用临时变量temp完成两个元素的交换

特点分析

优点：

代码简洁明了，易于理解
逻辑清晰，是学习排序算法的入门首选

缺点：

没有优化，即使数组已经有序也会继续执行完整排序过程
效率较低，无法提前结束

方法二：优化版冒泡排序

int main()
{
    int a[] = { 2,1,5,7,3,9,0,4,6,8 };
    int temp = 0, falg = 0;
    int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);
    printf("%d\n", n);
    
    for (int i = 0; i < n - 1; i++)
    {
        int flag = 1; // 假设这趟已经有序了
        for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++)
        {
            if (a[j] > a[j + 1])
            {
                flag = 0; // 发生交换就说明，无序
                temp = a[j];
                a[j] = a[j + 1];
                a[j + 1] = temp;
            }
        }
        if (flag == 1) // 这一趟没交换就说明已经有序了，后续无需排序了
        {
            break;
        }
    }
 
    for (int k = 0; k < n; k++)
    {
        printf("%d ", a[k]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

代码解析

这个版本在基础版本上增加了一个重要的优化：提前终止机制。

标志变量：int flag = 1; 在每轮排序开始前假设数组已经有序
交换检测：当发生元素交换时，flag = 0; 标记数组仍无序
提前终止：如果一轮排序后flag仍为1，说明没有发生交换，数组已有序，直接退出循环

特点分析

优化效果：

对于已经有序或接近有序的数组，效率大幅提升
最好情况下时间复杂度从o(n²)降低到o(n)

实际应用价值：

这种优化在实际应用中非常有价值，因为很多场景下数据可能已经部分有序。

方法三：指针版冒泡排序

int main()
{
    int a[] = { 2,1,5,7,3,9,0,4,6,8 };
    int* p = a;
    int temp = 0, falg = 0;
    int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);
    printf("%d\n", n);
    
    for (int i = 0; i < n - 1; i++)
    {
        p = a; // 每趟开始时重置指针到数组开头
        for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++)
        {
            if (*p > *(p+1))
            {
                temp = *p;
                *p = *(p + 1);
                *(p + 1) = temp;
            }
            p++; // 指针后移
        }
    }
 
    for (int k = 0; k < n; k++)
    {
        printf("%d ", a[k]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

代码解析

这个版本使用指针操作代替数组下标，展示了c语言指针的强大功能。

指针初始化：int* p = a; 指针p指向数组首地址
指针比较：if (*p > *(p+1)) 使用指针解引用比较元素值
指针交换：通过指针直接操作内存完成元素交换
指针移动：p++ 使指针指向下一个元素

特点分析

技术特点：

展示了指针在数组操作中的应用
代码执行效率可能略有提升（依赖编译器优化）
更接近底层内存操作

学习价值：

对于理解c语言指针和内存管理很有帮助，是进阶学习的良好示例。

补充(指针版冒泡排序)

int main()
{
    int a[] = { 2,1,5,7,3,9,0,4,6,8 };
    int* p = a;
    int temp = 0, falg = 0;  // 注意：这里有个拼写错误，应该是flag
    int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);
    printf("%d\n", n);
    
    for (int i = 0; i < n - 1; i++)
    {
        int flag = 1;  // 每轮开始前假设数组已有序
        p = a;  // 重置指针到数组开头
        
        for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++)
        {
            if (*p > *(p+1))  // 使用指针比较相邻元素
            {
                flag = 0;  // 发生交换，标记为无序
                temp = *p;
                *p = *(p + 1);
                *(p + 1) = temp;
            }
            p++;  // 指针移动到下一个元素
        }
        
        if (flag == 1)  // 如果本轮没有发生交换
        {
            break;  // 提前结束排序
        }
    }
 
    for (int k = 0; k < n; k++)
    {
        printf("%d ", a[k]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

三种方法对比

特性	方法一	方法二	方法三
代码复杂度	简单	中等	中等
执行效率	稳定o(n²)	最好o(n)	稳定o(n²)
内存使用	低	低	低
适用场景	教学演示	实际应用	指针学习
优化程度	无优化	提前终止	无优化