C语言冒泡排序运行结果未按预期排序，可能原因是什么？

Question

在C语言冒泡排序中，运行结果未按预期排序的常见原因包括：1) 循环次数设置错误，外层循环应控制轮数为n-1，内层循环比较次数每轮递减；2) 比较逻辑出错，如大小关系符号写反（>写成<或反之），导致排序方向相反；3) 数据交换语句实现不当，未正确使用临时变量或赋值顺序错误，致使数据混乱；4) 数组越界访问，可能导致程序崩溃或产生垃圾值干扰排序；5) 输入数据特殊性被忽略，例如相同数值处理或负数排序等特殊情况未考虑周全。检查以上方面有助于定位并修正冒泡排序代码中的问题。

Answer 1

1. 基础层面：循环次数设置错误

冒泡排序的核心是通过多轮比较与交换将数组中的元素按指定顺序排列。最常见的问题是循环次数设置不当，这会导致部分数据未参与比较或比较次数过多。

• 外层循环：应控制轮数为 n-1 次（n 为数组长度），每一轮会将一个最大值“冒泡”到正确位置。
• 内层循环：每轮的比较次数应递减，即第 i 轮比较 n-i 次。

for (int i = 0; i < n - 1; i++) { // 外层控制轮数
    for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) { // 内层控制比较次数
        if (arr[j] > arr[j + 1]) {
            swap(&arr[j], &arr[j + 1]);
        }
    }
}

2. 中级层面：比较逻辑出错

在实现冒泡排序时，大小关系符号写反是一个常见问题。例如，若目标是升序排序，但误将 ">" 写成 "<"，则会得到降序结果。

问题描述	修正方法
比较逻辑写反导致排序方向错误	检查 if 条件中使用的比较符号是否符合预期排序方向

if (ascending) { // 升序
    if (arr[j] > arr[j + 1]) swap(&arr[j], &arr[j + 1]);
} else { // 降序
    if (arr[j] < arr[j + 1]) swap(&arr[j], &arr[j + 1]);
}

3. 高级层面：数据交换语句实现不当

数据交换过程中，如果临时变量使用不正确或赋值顺序错误，可能导致数据混乱甚至丢失。

以下代码展示了正确的交换逻辑：

void swap(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

错误示例：

// 错误：未使用临时变量直接赋值
*a = *b;
*b = *a; // 数据丢失

4. 进阶层面：数组越界访问

数组越界访问不仅可能导致程序崩溃，还可能引入垃圾值干扰排序过程。以下是典型的越界情况：

• 内层循环超出有效索引范围。
• 未正确处理边界条件。

mermaid 格式流程图展示如何避免越界：

mermaid
graph TD;
    A[开始] --> B[初始化 i=0];
    B --> C{i<n-1?};
    C --是--> D[初始化 j=0];
    D --> E{j<n-1-i?};
    E --是--> F[比较并交换];
    F --> G[j++];
    G --> E;
    E --否--> H[i++];
    H --> C;
    C --否--> I[结束];

5. 特殊情况：输入数据特殊性被忽略

某些情况下，输入数据的特性可能会影响排序结果。例如：

• 相同数值：需要确保算法能够正确处理重复值。
• 负数排序：验证算法是否对负数进行正确处理。

测试用例建议：

int arr1[] = {3, 1, 4, 1, 5}; // 包含重复值
int arr2[] = {-3, -1, -4, -1, -5}; // 包含负数