• 归并排序算法


    源码

    #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS //处理scanf报错问题
    #include 
    #include 
    
    #define DEBUG_SWITCH 1
    #if DEBUG_SWITCH
    #define DEBUG_INFO(format, ...) printf("LINE: %d: "format"\n", __LINE__, ##__VA_ARGS__)
    #else
    #define DEBUG_INFO(format, ...) 
    #endif
    
    #define TRUE  1
    #define FALSE 0
    
    typedef unsigned char uint8_t;
    typedef unsigned short int uint16_t;
    typedef unsigned long int uint32_t;
    typedef unsigned long long int uint64_t;
    
    #define ARR_SIZE(arr,type) (sizeof(arr)/sizeof(type))
    
    typedef struct
    {
    	uint8_t a;
    	uint64_t b;
    }test_def;
    
    typedef struct merge_sort_def
    {
    	uint64_t len;
    	uint8_t monotonicity;
    	uint64_t *raw_data_point;
    	uint64_t *temp_data_point;
    	uint8_t (*merge_compare_callback)(struct merge_sort_def *data, uint64_t a, uint64_t b);
    	uint8_t (*merge_sort_output)(struct merge_sort_def *data, uint64_t *output_buffer);
    }merge_sort_def;
    
    static uint8_t merge_compare(merge_sort_def *data, uint64_t a, uint64_t b)
    {
    #define SORT_DATA_TYPE test_def
    #define SORT_CMP_DATA_NAME b
    	
    	return ((((SORT_DATA_TYPE *)data->raw_data_point[a])->SORT_CMP_DATA_NAME >= ((SORT_DATA_TYPE *)data->raw_data_point[b])->SORT_CMP_DATA_NAME) ? \
    		data->monotonicity : !data->monotonicity);
    }
    
    uint8_t merge_sort_output(merge_sort_def *data, uint64_t *output_buffer)
    {
    #define SORT_DATA_TYPE test_def
    #define SORT_CMP_DATA_NAME b
    
    	uint8_t ret = FALSE;
    
    	for (uint64_t i = 0; i < data->len; i++)
    	{
    #if DEBUG_SWITCH
    		printf("%ld ", ((SORT_DATA_TYPE *)data->raw_data_point[i])->SORT_CMP_DATA_NAME);
    #endif
    		((SORT_DATA_TYPE *)output_buffer)[i].SORT_CMP_DATA_NAME = ((SORT_DATA_TYPE *)data->raw_data_point[i])->SORT_CMP_DATA_NAME;
    	}
    	printf("\r\n");
    
    	return ret;
    }
    
    static void merge(merge_sort_def *data, uint64_t left, uint64_t mid, uint64_t right)
    {
    	uint64_t i = left;//左序列指针
    	uint64_t j = mid + 1;//右序列指针
    	uint64_t t = 0;//临时数组指针
    	while (i <= mid && j <= right) 
    	{
    		if (data->merge_compare_callback(data, i,j))
    		{
    			data->temp_data_point[t++] = data->raw_data_point[i++];
    		}
    		else
    		{
    			data->temp_data_point[t++] = data->raw_data_point[j++];
    		}
    	}
    	while (i <= mid) 
    	{//将左边剩余元素填充进temp中
    		data->temp_data_point[t++] = data->raw_data_point[i++];
    	}
    	while (j <= right) 
    	{//将右序列剩余元素填充进temp中
    		data->temp_data_point[t++] = data->raw_data_point[j++];
    	}
    	t = 0;
    	//将temp中的元素全部拷贝到原数组中
    	while (left <= right) 
    	{
    		data->raw_data_point[left++] = data->temp_data_point[t++];
    	}
    }
    
    static void merge_sort(merge_sort_def *data, uint64_t left, uint64_t right)
    {
    	if (left < right) 
    	{
    		uint64_t mid = (left + right) / 2;
    		merge_sort(data, left, mid);//左边归并排序,使得左子序列有序
    		merge_sort(data, mid + 1, right);//右边归并排序,使得右子序列有序
    		merge(data, left, mid, right);//将两个有序子数组合并操作
    	}
    }
    
    uint8_t merge_sort_init(merge_sort_def *data, uint64_t len, uint8_t monotonicity, \
    	uint64_t *raw_data_buf, uint64_t *temp_data_buf, \
    	uint8_t(*merge_compare_callback)(struct merge_sort_def *data, uint64_t a, uint64_t b), uint8_t(*merge_sort_output)(struct merge_sort_def *data, uint64_t *output_buffer))
    {
    	uint8_t ret = FALSE;
    	if ((data != NULL) && (raw_data_buf != NULL) && (temp_data_buf != NULL) && (merge_compare != NULL) && (len >= (uint64_t)2))
    	{
    		data->len = len;
    		data->monotonicity = monotonicity & (uint8_t)0x01;
    		data->raw_data_point = raw_data_buf;
    		data->temp_data_point = temp_data_buf;
    		data->merge_compare_callback = merge_compare;
    		data->merge_sort_output = merge_sort_output;
    		ret = TRUE;
    	}
    	else
    	{
    		/* No thing */
    	}
    	return ret;
    }
    
    #define ARR_MAX 10
    int main()
    {
    	static test_def data[ARR_MAX] = { 0 };
    	static test_def output_data[ARR_MAX] = { 0 };
    	static uint64_t merge_sort_raw_data[ARR_MAX] = { 0 };
    	static uint64_t merge_sort_temp_data[ARR_MAX] = { 0 };
    
    	static merge_sort_def merge_sort_data = { 0 };
    		 
    	for (uint64_t i = 0; i < ARR_SIZE(data, test_def); i++)
    	{
    		data[i].a = rand();
    		data[i].b = rand();
    		merge_sort_raw_data[i] = (uint64_t)&data[i];
    #if DEBUG_SWITCH
    		printf("%ld ", data[i].b);
    #endif
    	}
    	printf("\r\n");
    
    	uint64_t start, end;
    	start = GetTickCount();
    	merge_sort_init(&merge_sort_data, ARR_SIZE(data, test_def), TRUE, \
    		merge_sort_raw_data, merge_sort_temp_data, \
    		&merge_compare, &merge_sort_output);
    	merge_sort(&merge_sort_data, 0, merge_sort_data .len - 1);
    	merge_sort_data.merge_sort_output(&merge_sort_data, (uint64_t *)output_data);
    	end = GetTickCount();
    	printf("start: %lld ms  end: %lld ms  time: %lld ms\n", start, end, end - start);
    
    
    	start = GetTickCount();
    	merge_sort_init(&merge_sort_data, ARR_SIZE(data, test_def), FALSE, \
    		merge_sort_raw_data, merge_sort_temp_data, \
    		&merge_compare, &merge_sort_output);
    	merge_sort(&merge_sort_data, 0, merge_sort_data.len - 1);
    	merge_sort_data.merge_sort_output(&merge_sort_data, (uint64_t *)output_data);
    	end = GetTickCount();
    	printf("start: %lld ms  end: %lld ms  time: %lld ms\n", start, end, end - start);
    }
    
    
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    验证

    排序验证

    • 产生10个随机数进行排序
      在这里插入图片描述

    耗时测试

    • 产生0XFFFFFF个数据进行排序

    在这里插入图片描述

    使用方法

    定义比较回调函数

    • 只需要修改相应的宏即可
    • SORT_DATA_TYPE 结构体数组类型
    • SORT_CMP_DATA_NAME 需要对比的数据类型
    • 如果存在多层嵌套,需要自己修改成对应的大小比较函数即可
    static uint8_t merge_compare(merge_sort_def *data, uint64_t a, uint64_t b)
    {
    #define SORT_DATA_TYPE test_def
    #define SORT_CMP_DATA_NAME b
    	
    	return ((((SORT_DATA_TYPE *)data->raw_data_point[a])->SORT_CMP_DATA_NAME >= ((SORT_DATA_TYPE *)data->raw_data_point[b])->SORT_CMP_DATA_NAME) ? \
    		data->monotonicity : !data->monotonicity);
    }
    
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    定义结果获取函数

    • 若输入与输出数据类型相同,只需要修改相应的宏即可
    • 若不同,则可自行修改获取排序结果
    uint8_t merge_sort_output(merge_sort_def *data, uint64_t *output_buffer)
    {
    #define SORT_DATA_TYPE test_def
    #define SORT_CMP_DATA_NAME b
    
    	uint8_t ret = FALSE;
    
    	for (uint64_t i = 0; i < data->len; i++)
    	{
    #if DEBUG_SWITCH
    		printf("%ld ", ((SORT_DATA_TYPE *)data->raw_data_point[i])->SORT_CMP_DATA_NAME);
    #endif
    		((SORT_DATA_TYPE *)output_buffer)[i].SORT_CMP_DATA_NAME = ((SORT_DATA_TYPE *)data->raw_data_point[i])->SORT_CMP_DATA_NAME;
    	}
    	printf("\r\n");
    
    	return ret;
    }
    
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    定义缓存

    • 数据输入缓存
    • 数据输出缓存(不能和输入共用,用于接收排序后的结果)
    • 排序输入缓存(存储输入数据的地址)
    • 排序临时缓存
    • 归并排序句柄
    static test_def input_data[ARR_MAX] = { 0 };
    static test_def output_data[ARR_MAX] = { 0 };
    static uint64_t merge_sort_raw_data[ARR_MAX] = { 0 };
    static uint64_t merge_sort_temp_data[ARR_MAX] = { 0 };
    
    static merge_sort_def merge_sort_data = { 0 };
    
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    初始化排序输入缓存

    • 获取输入数据数组的地址
    for (uint64_t i = 0; i < ARR_SIZE(input_data, test_def); i++)
    {
    	merge_sort_raw_data[i] = (uint64_t)&input_data[i];
    }
    
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    定义并初始化排序句柄

    static merge_sort_def merge_sort_data = { 0 };
    merge_sort_init(&merge_sort_data, ARR_SIZE(input_data, test_def), TRUE, \
    	merge_sort_raw_data, merge_sort_temp_data, \
    	&merge_compare, &merge_sort_output);
    
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    运行排序

    merge_sort_run(&merge_sort_data);
    
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    获取结果

    merge_sort_data.merge_sort_output(&merge_sort_data, (uint64_t *)output_data);
    
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    参考

    图解排序算法(四)之归并排序

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/m0_38139533/article/details/126570305