在算法学习道路上，排序算法是每位程序员必须掌握的基石。本文将深入解析冒泡排序、选择排序和插入排序这三种基础排序算法，通过C语言代码实现和对比分析，帮助读者彻底理解它们的差异与应用场景。
算法原理与代码实现
1. 冒泡排序（Bubble Sort）
工作原理：
通过重复比较相邻元素，将较大元素逐步"冒泡"到数组末尾。
void bubbleSort(int arr[], int n) {
for (int i = 0; i < n-1; i++) {
for (int j = 0; j < n-i-1; j++) {
if (arr[j] > arr[j+1]) {
// 交换相邻元素
int temp = arr[j];
arr[j] = arr[j+1];
arr[j+1] = temp;
}
}
}
}
2. 选择排序（Selection Sort）
工作原理：
每次从未排序部分选择最小元素，放到已排序序列末尾。
void selectionSort(int arr[], int n) {
for (int i = 0; i < n-1; i++) {
int min_idx = i;
for (int j = i+1; j < n; j++) {
if (arr[j] < arr[min_idx]) {
min_idx = j;
}
}
// 交换最小元素到当前位置
int temp = arr[min_idx];
arr[min_idx] = arr[i];
arr[i] = temp;
}
}3. 插入排序（Insertion Sort）
工作原理：
将每个元素插入到已排序序列中的正确位置。
void insertionSort(int arr[], int n) {
for (int i = 1; i < n; i++) {
int key = arr[i];
int j = i-1;
// 后移大于key的元素
while (j >= 0 && arr[j] > key) {
arr[j+1] = arr[j];
j--;
}
arr[j+1] = key; // 插入元素
}
}三大排序算法核心对比
| 特性 | 冒泡排序 | 选择排序 | 插入排序 |
|---|---|---|---|
| 稳定性 | ✅ 稳定（相同元素顺序不变） | ❌ 不稳定（交换改变顺序） | ✅ 稳定 |
| 时间复杂度 | 平均/最坏：O(n²) 最好：O(n) |
始终 O(n²) | 平均/最坏：O(n²) 最好：O(n) |
| 空间复杂度 | O(1) | O(1) | O(1) |
| 比较次数 | 最多（每次相邻比较） | 中等（找最小值需遍历） | 最少（利用局部有序性） |
| 交换次数 | 最多（每次逆序都交换） | 最少（每轮只交换1次） | 中等（元素后移代替交换） |
| 最佳场景 | 基本有序数组 | 交换成本高的场景 | 小规模或基本有序数组 |
关键特性深度解析
1. 稳定性对比
冒泡排序：通过相邻元素交换，相等元素不会交换位置，保持稳定
选择排序：最小元素与远端元素交换时可能破坏稳定性
插入排序：元素后移插入，相等元素相对位置不变
2. 时间复杂度分析
最优情况：
冒泡和插入在已排序数组可达O(n)
选择排序始终需要O(n²)比较
最差情况：
三者均为O(n²)，但实际性能：
插入排序 > 选择排序 > 冒泡排序（逆序数组测试）
3. 空间复杂度
三者都是原地排序，仅需常数级额外空间（O(1)）