c - 多种类型的归并排序

Question

我正在尝试实现一种可以处理整数、字符串和字符的合并排序算法。不幸的是，我发现当数组长度为奇数时，它不能正确处理整数。

例如:输入:2 2 3 7 1 2 1。输出:2 2 3 7 0 1 1。

现在我正试图找出我的代码中的错误。在这里:

#include <stddef.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "MergeSort.h"

int StrCmp(char *st1, char *st2) {
    char *str1 = st1, *str2 = st2;
    while (*str1 == *str2 && *str1 != 0)
        str1++, str2++;
    return *str1 - *str2;
}

int CompareInt(void *a, void *b) {
    return *(int *)a - *(int *)b;
}

int CompareChar(void *a, void *b) {
    return *(char *)a - *(char *)b;
}

int CompareStr(const void *a, const void *b) {
    return strcmp(*(char **)a, *(char **)b);
}

int merge(void *base, size_t num, size_t el_size, int (*compar)(const void*, const void*)) {
    size_t size = (size_t)num / 2;
    char *char_base = (char *)base;
    char *first = malloc(size * el_size);
    char *second = malloc((num - size) * el_size);

    for (int i = 0; i < size; i++)
        for (int j = 0; j < el_size; j++)
            first[i * el_size + j] = char_base[i * el_size + j];

    for (int i = 0; i < num - size; i++)
        for (int j = 0; j < el_size; j++)
            second[i * el_size + j] = char_base[size * el_size + i * el_size + j];

    size_t i = 0, j = 0, c = 0;
    while (i < size && j < num - size) {
        if (compar(&first[i * el_size], &second[j * el_size]) <= 0) {
            for (int k = 0; k < el_size; k++) 
                char_base[el_size * c + k] = first[i * el_size + k];
            i++;
        } else { 
            for (int k = 0; k < el_size; k++) 
                char_base[el_size * c + k] = second[j * el_size + k];
            j++;
        }
        c++;
    }

    if (i == size) { 
        while (j < num - size) {
            for (int k = 0; k < el_size; k++) 
                char_base[el_size * c + k] = second[j * el_size + k];
            j++;
            c++;
        }
    } else { 
        while (i < size) {
            for (int k = 0; k < el_size; k++) 
                char_base[el_size * c + k] = first[i * el_size + k];
            i++;
            c++;
        }
    }
    free(first);
    free(second);
}

int merge_sort(void *base, size_t num, size_t el_size, int (*compar)(const void*, const void*)) {
    if (num > 1) {
        size_t s = num / 2;
        char *char_base = base;
        merge_sort(char_base, s, el_size, compar);
        merge_sort(char_base + (num - s) * el_size, num - s, el_size, compar);
        merge(char_base, num, el_size, compar);
    }
}

int main() {
    int nums[] = { 2, 2, 3, 7, 1, 2, 1 };
    cmp_t cmp = CompareInt;
    merge_sort(nums, 7, sizeof(int), cmp);
    for (int i = 0; i < 7; i++)
        printf("%i ", nums[i]);
    return 0;
}

Answer 1

错误在函数 merge_sort() 中:第二次递归调用是在错误的基地址上完成的:

merge_sort(char_base + (num - s) * el_size, num - s, el_size, compar);

修复是用

merge_sort(char_base + s * el_size, num - s, el_size, compar);

请注意，您的代码中还有其他问题:

• 比较函数的签名不正确，它们应该采用 const void * 参数。

• merge() 和 merge_sort() 都应定义为 void，因为它们不返回任何值。

• CompareInt 无法处理差值超过 INT_MAX 的大整数值，例如 INT_MAX 和 INT_MIN .应该写成:

  int CompareInt(const void *a, const void *b) {
      int na = *(const int *)a;
      int nb = *(const int *)b;
      return (nb < na) - (na < nb);
  }
  

• 你应该在数字后打印一个'\n'。

您还可以通过各种方式改进实现:

• 如果您将 s 计算为 (n + 1)/2，您可以使用更少的内存并获得更简单和更快的实现，因为您不需要merge 函数中的 second 数组。

• 使用指针，您将大大减少乘法运算的次数。

这是一个具有相同语义的更简单的实现:

void merge(void *base, size_t num, size_t el_size, size_t size,
           int (*compar)(const void*, const void*)) {
    size_t split = size * el_size;
    char *first = malloc(split);
    char *p1 = memcpy(first, base, split);
    char *dest = base, *p2 = dest + split;
    size_t i = 0, j = size;
    while (i < size) {
        if (j == num || compar(p1, p2) <= 0) {
            for (size_t k = 0; k < el_size; k++)
                *dest++ = *p1++;
            i++;
        } else {
            for (size_t k = 0; k < el_size; k++)
                *dest++ = *p2++;
            j++;
        }
    }
    free(first);
}

void merge_sort(void *base, size_t num, size_t el_size,
                int (*compar)(const void*, const void*)) {
    if (num > 1) {
        size_t s = (num + 1) / 2;
        char *char_base = base;
        merge_sort(char_base, s, el_size, compar);
        merge_sort(char_base + s * el_size, num - s, el_size, compar);
        merge(char_base, num, el_size, s, compar);
    }
}