手写桶排序算法

桶排序算法的思想是：
把待排序数据，按照一定的规则，分配到不同的桶中，使得桶与桶之间形成有序的关系。然后每个桶内再单独排序，这样整个数列就全局有序了。

因此，桶排序的核心要点，包括：
1）桶的数量
2）数据分配到桶的规则
3）桶内排序的算法

桶的数量如果太多，可能会导致有些桶没有数据，白白浪费这些桶的空间。如果桶的数量太少，可能会导致桶内数据太多，桶内排序时间过长。
数据分配到桶的规则，如果与数列不匹配，可能会导致有些桶分配数据过多，有些桶数据很少甚至没有数据的情况发生。
桶内排序的算法，可以使用任意排序算法。

用个例子来说明：

待排序数列为：
8, 35, 13, 29, 16, 30, 2, 22

分配4个桶。
数据分配到桶的规则为：0号桶存放从0到9闭区间的数据，1号桶存放10到19闭区间的数据，2号桶存放20到29闭区间的数据，3号桶存放30及更大的数据。

按照数据分配到桶的规则，将待排序数列中的数据，分配到桶：

然后每个桶内进行排序：

最终，所有桶的数据，就形成了最终排好序的数列。

桶排序算法，C语言实现的代码如下：
(ivec_t 是动态变长数组，存储integer 数据。类似c++中的vector，代码实现见后面)

void bucket_sort(int* parr, int count) {
    int bucket_num = 4;
    ivec_t* pbuckets = (ivec_t*)malloc(bucket_num * sizeof(ivec_t));
    for (int i = 0; i < bucket_num; i++) {
        ivec_init(pbuckets + i, 4);
    }

    // distribute integers to buckets
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        int bucket_idx = parr[i] / 10;  // each bucket storage [bucket_idx*10, (bucket_idx+1)*10 - 1]
        if (bucket_idx >= bucket_num) {
            bucket_idx = bucket_num;
        }

        ivec_append(pbuckets + bucket_idx, parr[i]);
    }

    // sort each bucket, store them back to parr
    int idx = 0;
    for (int i = 0; i < bucket_num; i++) {
        ivec_t* pbucket = pbuckets + i;
        int* pdata = ivec_buf(pbucket);
        int len = ivec_len(pbucket);
        if (len > 0) {
            quick_sort(pdata, 0, len - 1);  // sort bucket

            // store them back to parr
            for (int k = 0; k < len; k++) {
                parr[idx++] = pdata[k];
            }
        }
    }

    // destroy buckets
    for (int i = 0; i < bucket_num; i++) {
        ivec_destroy(pbuckets + i);
    }
    free(pbuckets);
}

上述代码中，使用了 ivec_t 这样的数据结构及相关函数，实现对桶的数据管理。ivec_t 的实现代码如下：

typedef struct ivec_t {
    int cap;
    int len;
    int* pbuf;
} ivec_t;

int ivec_init(ivec_t* pvec, int cap);
int ivec_append(ivec_t* pvec, int val);
int ivec_len(ivec_t* pvec);
int* ivec_buf(ivec_t* pvec);
int ivec_destroy(ivec_t* pvec);

int ivec_init(ivec_t* pvec, int cap) {
    pvec->len = 0;
    pvec->cap = cap;
    pvec->pbuf = (int*)malloc(cap * sizeof(int));
    return 0;
}

int ivec_append(ivec_t* pvec, int val) {
    if (pvec->len >= pvec->cap) {   // need expand
        int new_cap = pvec->cap * 2;
        int* pnew_buf = realloc(pvec->pbuf, new_cap * sizeof(int));
        if (!pnew_buf) {
            return -1;
        }

        pvec->pbuf = pnew_buf;
        pvec->cap = new_cap;
    }

    pvec->pbuf[pvec->len++] = val;
    return 0;
}

int ivec_len(ivec_t* pvec) {
    return pvec->len;
}

int* ivec_buf(ivec_t* pvec) {
    return pvec->pbuf;
}

int ivec_destroy(ivec_t* pvec) {
    free(pvec->pbuf);
    memset(pvec, 0, sizeof(*pvec));
    return 0;
}

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