嵌入式算法12---排序算法

关键字：冒泡排序、选择排序、插入排序、标准库函数qsort摘要：嵌入式系统中尤其涉及数据采集的，需要对数据进行简单处理后再进行业务层功能，考虑到硬件的资源限制，对于数据排序，一般只是应用这四种简单的排序算法。本文讲解不同算法进行从小到大的升序排列的过程。

1、冒泡排序

冒泡排序（bubble sort）是一种C语言入门级的简单排序算法，重复地走访过要排序的元素列，依次比较两个相邻的元素，如果顺序错误进行交换。重复地检查对比直到没有相邻元素需要交换，也就是说该元素列已经排序完成。算法的名字由来是因为越小(大)的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端（升序或降序排列），就如同水中的气泡最终会上浮到顶端一样，故名“冒泡排序”。算法描述

1、比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就进行交换2、对每一对相邻元素作同样操作，从开始第一对到结尾的最后一对，这样在最后的元素应该会是最大的数3、针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个4、重复步骤1~3，直到排序完成

源码

#include

#defineARRAY_SIZE15

voidlog(char*head,int*data,intlen)
{
unsignedchari;

printf("%s:",head);

for(i=0;i< len; i++)
{
printf("%02d",data[i]);
}
printf("\r\n");
}

//从小到大排序
voidbubble_sort(int*data,intsize)
{
inti,j,temp;

for(i=0;i< size; i++)
{
for(j=0;j< size-i-1;j++)
{
if(data[j]>data[j+1])//相邻元素两两对比
{
temp=data[j+1];//元素交换
data[j+1]=data[j];
data[j]=temp;
}
}
}
}

intmain(void)
{
intdata[ARRAY_SIZE]={3,44,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48};

log("source",data,ARRAY_SIZE);
bubble_sort(data,ARRAY_SIZE);
log("sort",data,ARRAY_SIZE);

return0;
}
运行结果

source:034438054715362627024604195048
sort:020304051519262736384446474850

2、选择排序

选择排序(selection sort)是一种简单直观的排序算法，首先在未排序序列中找到最小（大）元素，存放到排序序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到所有元素均排序完毕。算法描述

1、初始状态，数据都属于无序区，有序区为空2、从无序区中选出最小元素，将它与无序区的第1个元素交换3、再从无序区的下个元素重复第2步，直至无序区为空

源码

voidselection_sort(int*data,intsize)
{
inti,j,temp;
intmin;

for(i=0;i< size - 1;i++)
{
min=i;
for(j=i+1;j< size; j++)
{
if(data[j]< data[min])        //寻找最小的数
{
min=j;//将最小数的索引保存
}
}

if(min!=i)//需要交互
{
temp=data[i];
data[i]=data[min];
data[min]=temp;
}
}
}

前面算法的bubble_sort范例替换为selection_sort即可，运行结果一致

3、插入排序

插入排序（insertion sort）的算法，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。算法描述

1、从第一个元素开始，该元素可认为已排序2、取出下一个元素，在已经排序的元素序列中从后向前扫描3、如果该元素（已排序）大于新元素，将该元素移到下一位置4、重复步骤3，直到找到已排序的元素小于或者等于新元素的位置，将新元素插入到该位置后5、重复步骤2~4

源码

voidinsertion_sort(int*data,intsize)
{
inti,pre,current;

for(i=1;i< size; i++)
{
pre=i-1;
current=data[i];

while(pre>=0&&data[pre]>current)//当前元素与的有序区逐个比较再插入
{
data[pre+1]=data[pre];
pre--;
}
data[pre+1]=current;
}
}

4、标准库函数qsort

前面三种排序算法都只是针对单个元素进行排序，但实际应用中，基于某个数值对一个大结构体进行排序，比如wifi信息结构体数组，包括其mac、名称、加密信息、和信号强度，依据信息强度对wifi信息进行排序，每次数据交换意味着两次内存拷贝，这种场景下采用选择排序略优。相比于自己造轮子，C语言标准库函数也许更合适；qsort函数是C语言自带的排序函数，包含在中。函数原型

voidqsort(void*base,size_tnitems,size_tsize,int(*compar)(constvoid*,constvoid*))

base - 指针，数组的第一个元素进行排序nitems-数组中的元素数目size - 数组中的每个元素的大小（以字节为单位）compar - 基于这个函数比较两个元素返回值：不返回任何值缺点：对于有多个重复值的数组来说，效率较低不稳定

范例

//qsort要结合compare使用
intcompare(constvoid*value1,constvoid*value2)
{
//升序或降序在此调整
return(*(int*)value1-*(int*)value2);
}

intmain(void)
{
intdata[ARRAY_SIZE]={3,44,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48};

log("source",data,ARRAY_SIZE);
qsort(data,ARRAY_SIZE,sizeof(int),compare);
log("sort",data,ARRAY_SIZE);

return0;
}其效果和前面三种算法一样，而且可扩展针对结构体内某个元素值对整体排序，满足前面的wifi信息按信号强度排序的需求。

#include
#defineWIFI_AP_MAX5

typedefunsignedcharuint8_t;
typedefsignedcharint8_t;
typedefunsignedshortuint16_t;
typedefsignedshortint16_t;
typedefunsignedintuint32_t;

typedefstruct
{
uint32_tbssid_low;//macaddresslow
uint16_tbssid_high;//macaddresshigh
uint8_tchannel;//channelid
int8_trssi;//signalstrength <sort>
}wifiApInfo_t;

//qsort要结合compare使用，按信号强度rssi升序排列
intcompare(constvoid*value1,constvoid*value2)
{
constwifiApInfo_t*ctx1=(constwifiApInfo_t*)value1;
constwifiApInfo_t*ctx2=(constwifiApInfo_t*)value2;
return(ctx1->rssi-ctx2->rssi);
}

staticwifiApInfo_twifiApInfo[WIFI_AP_MAX]=
{
{0x5555,0x55,5,-55},
{0x1111,0x11,1,-51},
{0x3333,0x33,3,-53},
{0x4444,0x44,4,-54},
{0x2222,0x22,2,-52},
};

voidwifi_log(char*head,void*data,intsize)
{
unsignedchari;
constwifiApInfo_t*wifi=(wifiApInfo_t*)data;

printf("%s:\r\n",head);

for(i=0;i< size; i++)
{
printf("%X%X%d[%d]\r\n",wifi[i].bssid_low,wifi[i].bssid_high,wifi[i].channel,wifi[i].rssi);
}
printf("\r\n\r\n");
}

intmain(void)
{
wifi_log("source",wifiApInfo,WIFI_AP_MAX);
qsort(wifiApInfo,WIFI_AP_MAX,sizeof(wifiApInfo_t),compare);
wifi_log("sort",wifiApInfo,WIFI_AP_MAX);

return0;
}运行结果

source:
5555555[-55]
1111111[-51]
3333333[-53]
4444444[-54]
2222222[-52]

//依据信号强度关键字，对wifi信息整体数据同步进行了排序
sort:
5555555[-55]
4444444[-54]
3333333[-53]
2222222[-52]
1111111[-51]

5、总结

没有最好的排序算法，选择哪种方式需要结合待排序数据量的大小和类型，以前原始数据是否大概有序，选择合适的算法满足需求即可。