C语言实现快速排序的方法及优化

// 假设按照升序对array数组中[left, right)区间中的元素进行排序
void QuickSort(int array[], int left, int right)
{
    if(right - left <= 1)
        return;
    // 按照基准值对array数组的 [left, right)区间中的元素进行划分
    int div = partion(array, left, right);
    // 划分成功后以div为边界形成了左右两部分 [left, div) 和 [div+1, right)
    // 递归排[left, div)
    QuickSort(array, left, div);
    // 递归排[div+1, right)
    QuickSort(array, div+1, right);
}

int PartSort1(int* a, int begin, int end)
{
	int left = begin, right = end;
	int keyi = left;
	while (left < right)
	{
		//右边先走，找比a[keyi]小的
		while (left < right && a[right] >= a[keyi])
		{
			right--;
		}
		//左边先走，找比a[keyi]大的
		while (left < right && a[left] <= a[keyi])
		{
			left++;
		}
		//交换左右边
		Swap(&a[left], &a[right]);
	}
	//交换keyi与交点的值
	Swap(&a[left], &a[keyi]);
	keyi = left;
}

// 挖坑法
int PartSort2(int* a, int begin, int end)
{
	int key = a[begin];
	int piti = begin;
	while (begin < end)
	{
		// 右边找小，填到左边的坑里面去。这个位置形成新的坑
		while (begin < end && a[end] >= key)
		{
			--end;
		}
		a[piti] = a[end];
		piti = end;
		// 左边找大，填到右边的坑里面去。这个位置形成新的坑
		while (begin < end && a[begin] <= key)
		{
			++begin;
		}
		a[piti] = a[begin];
		piti = begin;
	}
	a[piti] = key;
	return piti;
}

int PartSort3(int* a, int begin, int end)
{
	int keyi = begin;
	int cur = begin + 1;
	int prev = begin;
	// 加入三数取中的优化
	int midi = GetMidIndex(a, begin, end);
	Swap(&a[keyi], &a[midi]);
	while (cur <= end)
	{
		if (a[cur] < a[keyi])
		{
			prev++;
			Swap(&a[cur], &a[prev]);
		}
		cur++;
	}
	Swap(&a[begin], &a[prev]);
	keyi = prev;
	return keyi;
}

int GetMidIndex(int* a, int begin, int end)  // 三数取中，优化算法，避免发生最坏的情况
{
	int mid = (begin + end) / 2;
	if (a[begin] < a[mid])
	{
		if (a[mid] < a[end])
		{
			return mid;
		}
		else if (a[begin] < a[end])
		{
			return end;
		}
		else
		{
			return begin;
		}
	}
	else // (a[begin] >= a[mid])
	{
		if (a[mid] > a[end])
		{
			return mid;
		}
		else if (a[begin] < a[end])
		{
			return begin;
		}
		else
		{
			return end;
		}
	}
}

void Qsort(int* a, int begin, int end)
{
	if (begin >= end) return;
	if (end - begin > 10)// 优化二：在递归到剩余数据量小于一定值的时候跳出递归，进行小数据量的插入排序
	{
		int keyi = PartSort3(a, begin, end);
		// [begin, keyi-1] keyi [keyi+1, end]
		Qsort(a, begin, keyi - 1);
		Qsort(a, keyi + 1, end);
	}
	else
	{
		InsertSort(a + begin, end - begin + 1);
	}
}

void QsortStack(int* a, int begin, int end){ST st;STInit(amp;st);STPush(amp;st, end);STPush(amp;st, begin);while (!STEmpty(amp;st)){int left #61; STTop(amp;st);STPop(amp;st);int right #61; STTop(amp;st);STPop(amp;st);int keyi #61; PartSort3(a, left, right);// [left, keyi-1] keyi[keyi#43;1, right]if (keyi #43; 1 lt; right){STPush(amp;st, right);STPush(amp;st, keyi #43; 1);}if (left lt; keyi - 1){STPush(amp;st, keyi - 1);STPush(amp;st, left);}}STDestroy(amp;st);}

//快速排序
int PartSort1(int* a, int begin, int end)
{
	int left = begin, right = end;
	int keyi = left;
	while (left < right)
	{
		//右边先走，找比a[keyi]小的
		while (left < right && a[right] >= a[keyi])
		{
			right--;
		}
		//左边先走，找比a[keyi]大的
		while (left < right && a[left] <= a[keyi])
		{
			left++;
		}
		//交换左右边
		Swap(&a[left], &a[right]);
	}
	//交换keyi与交点的值
	Swap(&a[left], &a[keyi]);
	keyi = left;
}
// 挖坑法
int PartSort2(int* a, int begin, int end)
{
	int key = a[begin];
	int piti = begin;
	while (begin < end)
	{
		// 右边找小，填到左边的坑里面去。这个位置形成新的坑
		while (begin < end && a[end] >= key)
		{
			--end;
		}
		a[piti] = a[end];
		piti = end;
		// 左边找大，填到右边的坑里面去。这个位置形成新的坑
		while (begin < end && a[begin] <= key)
		{
			++begin;
		}
		a[piti] = a[begin];
		piti = begin;
	}
	a[piti] = key;
	return piti;
}
int GetMidIndex(int* a, int begin, int end)  // 三数取中，优化算法，避免发生最坏的情况
{
	int mid = (begin + end) / 2;
	if (a[begin] < a[mid])
	{
		if (a[mid] < a[end])
		{
			return mid;
		}
		else if (a[begin] < a[end])
		{
			return end;
		}
		else
		{
			return begin;
		}
	}
	else // (a[begin] >= a[mid])
	{
		if (a[mid] > a[end])
		{
			return mid;
		}
		else if (a[begin] < a[end])
		{
			return begin;
		}
		else
		{
			return end;
		}
	}
}
int PartSort3(int* a, int begin, int end)
{
	int keyi = begin;
	int cur = begin + 1;
	int prev = begin;
	// 加入三数取中的优化
	int midi = GetMidIndex(a, begin, end);
	Swap(&a[keyi], &a[midi]);
	while (cur <= end)
	{
		if (a[cur] < a[keyi])
		{
			prev++;
			Swap(&a[cur], &a[prev]);
		}
		cur++;
	}
	Swap(&a[begin], &a[prev]);
	keyi = prev;
	return keyi;
}
void Qsort(int* a, int begin, int end)
{
	if (begin >= end) return;
	if (end - begin > 10)// 优化二：在递归到剩余数据量小于一定值的时候跳出递归，进行小数据量的插入排序
	{
		int keyi = PartSort3(a, begin, end);
		// [begin, keyi-1] keyi [keyi+1, end]
		Qsort(a, begin, keyi - 1);
		Qsort(a, keyi + 1, end);
	}
	else
	{
		InsertSort(a + begin, end - begin + 1);
	}
}
void QsortStack(int* a, int begin, int end)
{
	ST st;
	STInit(&st);
	STPush(&st, end);
	STPush(&st, begin);
	while (!STEmpty(&st))
	{
		int left = STTop(&st);
		STPop(&st);
		int right = STTop(&st);
		STPop(&st);
		int keyi = PartSort3(a, left, right);
		// [left, keyi-1] keyi[keyi+1, right]
		if (keyi + 1 < right)
		{
			STPush(&st, right);
			STPush(&st, keyi + 1);
		}
		if (left < keyi - 1)
		{
			STPush(&st, keyi - 1);
			STPush(&st, left);
		}
	}
	STDestroy(&st);
}