C 语言外部排序算法实现：使用归并排序对大型数据进行排序

本文将介绍使用 C 语言实现的外部排序算法，该算法通过将数据写入临时文件，然后使用归并排序进行排序，可以有效地处理比内存容量更大的数据。

算法概述

外部排序是指对无法一次性装入内存的数据进行排序的方法。它通常包括以下步骤：

将数据分成多个块，每个块的大小都小于内存容量。
对每个块进行内部排序，例如使用归并排序。
将排序后的块合并成一个完整的排序文件。

该算法的核心思想是将数据分割成更小的块，使每个块能够在内存中进行排序，然后通过合并这些排序后的块来实现对整个数据集的排序。

代码实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 定义最大数组长度
#define MAX_SIZE 100
// 归并排序合并函数
void merge(int arr[], int left, int mid, int right) {
int i, j, k;
int n1 = mid - left + 1;
int n2 = right - mid;
// 临时数组
int* L = (int*)malloc((n1 + 1) * sizeof(int));
int* R = (int*)malloc((n2 + 1) * sizeof(int));

// 将数据分别复制到临时数组中
for (i = 0; i &lt; n1; i++)
    L[i] = arr[left + i];
for (j = 0; j &lt; n2; j++)
    R[j] = arr[mid + 1 + j];

// 添加末尾的null terminator
L[n1] = R[n2] = 0;

// 归并临时到原数组中
i = 0;  //子数组的起始索引
j = 0;  // 右数组的起始索引    
k = left; // 合并后的数组的起始索引
while (i &lt; n1 &amp;&amp; j &lt; n2) {
    if (L[i] &lt;= R[j]) {
        arr[k] = L[i];
        i++;
    }
    else {
        arr[k] = R[j];
        j++;
    }
    k++;
}

// 处理剩余元素
while (i &lt; n1) {
    arr[k] = L[i];
    i++;
    k++;
}
while (j &lt; n2) {
    arr[k] = R[j];
    j++;
    k++;
}

// 释放临时数组的内存
free(L);
free(R);

}
// 归并排序函数
void mergeSort(int arr[], int left, int right) {
if (left < right) {
int mid = left + (right - left) / 2;
    // 分割数组
    mergeSort(arr, left, mid);
    mergeSort(arr, mid + 1, right);

    // 合并数组
    merge(arr, left, mid, right);
}

}
// 外部排序函数
void externalSort(int arr[], int size) {
// 创建临时文件
FILE* tempFile;
if (fopen_s(&tempFile, "temp.txt", "w") != 0) {
printf("Failed to create temp file.
");
return;
}
// 将数据写入临时文件
for (int i = 0; i &lt; size; i++) {
    fprintf(tempFile, "%d ", arr[i]);
}

// 关闭文件
fclose(tempFile);

// 读取临时文件并排序
FILE* inputFile;
if (fopen_s(&amp;inputFile, "temp.txt", "r") != 0) {
    printf("Failed to open temp file.

");
return;
}
int tempArr[MAX_SIZE]{};
int count = 0;
while (count &lt; size &amp;&amp; fscanf_s(inputFile, "%d", &amp;tempArr[count]) == 1) {
    count++;
}

// 关闭文件
fclose(inputFile);

// 删除临时文件
remove("temp.txt");

// 对临时数组进行排序
mergeSort(tempArr, 0, count - 1);

// 输出排序结果
printf("排序结果：

");
for (int i = 0; i < count; i++) {
printf("%d ", tempArr[i]);
}
}
int main() {
int arr[] = { 51, 49, 39, 46, 38, 29, 14, 61, 15, 30, 1, 48, 52, 3, 63, 27, 4, 13, 89, 24, 46, 58, 33, 76 };
int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
// 外部排序
externalSort(arr, size);

return 0;

}

代码解释

代码中包含以下几个关键函数：

merge(int arr[], int left, int mid, int right)：该函数实现了归并排序的合并操作，将两个有序数组合并为一个有序数组。
mergeSort(int arr[], int left, int right)：该函数实现了归并排序的分割和递归调用合并操作。
externalSort(int arr[], int size)：该函数实现了外部排序的过程，将数据写入临时文件，读取临时文件并排序，输出排序结果。

算法分析

归并排序的时间复杂度为 O(nlogn)，其中 n 为数组的大小。在外部排序中，通过将数据写入临时文件后再读取并排序，可以处理比内存容量更大的数据。

优点

该外部排序算法具有以下优点：

时间复杂度低：使用归并排序，时间复杂度为 O(nlogn)，效率较高。
适用范围广：可以处理比内存容量更大的数据。
易于实现：代码结构清晰，易于理解和维护。

结论

本文介绍了使用 C 语言实现的外部排序算法，该算法通过将数据写入临时文件，然后使用归并排序进行排序，可以有效地处理比内存容量更大的数据。该算法具有时间复杂度低、适用范围广、易于实现等优点，可以广泛应用于各种数据处理场景。</p