C語言冒泡排序算法原理、代碼實現與優化版本

什麼是冒泡排序？

冒泡排序是最經典的入門排序算法，名稱由來：較大的元素像氣泡一樣通過交換逐漸「浮」到數列末端。雖然效率較低，但邏輯清晰，是教學首選。

算法基本思想

• 重複遍歷數組，比較相鄰元素
• 若前者大於後者（升序），交換它們
• 每輪遍歷將當前未排序部分的最大元素「冒泡」到正確位置
• 共需 n-1 輪，每輪比較次數遞減

逐輪演示（以 3 2 4 1 為例）

完整 C 語言代碼實現（標準版 + 優化版）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>

#define N 8

// 標準冒泡排序：固定執行 n-1 輪
void bubbleSort(int a[], int n) {
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) {
            if (a[j] > a[j + 1]) {
                int temp = a[j];
                a[j] = a[j + 1];
                a[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

// 優化版：若某輪無交換，說明已有序，提前結束
void bubbleSortBetter(int a[], int n) {
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        bool isSorted = true;
        for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) {
            if (a[j] > a[j + 1]) {
                isSorted = false;
                int temp = a[j];
                a[j] = a[j + 1];
                a[j + 1] = temp;
            }
        }
        if (isSorted) break;  // 提前退出
    }
}

int main() {
    int num[N] = {89, 38, 11, 78, 96, 44, 19, 25};
    
    // bubbleSort(num, N);           // 標準版
    bubbleSortBetter(num, N);      // 優化版
    
    printf("排序結果：\n");
    for (int i = 0; i < N; i++) printf("%d ", num[i]);
    printf("\n");
    return 0;
}

運行結果

排序結果：11 19 25 38 44 78 89 96

算法特性分析

進一步優化：雞尾酒排序

雙向冒泡：奇數輪從左向右冒泡最大值，偶數輪從右向左冒泡最小值，可進一步減少遍歷次數，適合「小數據在右端、大數據在左端」的數據分佈。

適用場景與總結

• 教學演示、極小數據量（n < 20）
• 近乎有序數據（優化版極快）
• 嵌入式系統、空間極度受限場景
• 實際工程中大數據量請勿使用，改用快速排序、歸並排序或堆排序