上一篇博文，讨论了合并排序的递归实现。这篇文章，说说合并排序的非递归实现。

思路描述

假设一个数组，共有11个（0到10）元素。
首先，进行“1+1”合并：即第0个和第1个合并，第2个和第3个合并，……，第8个和第9个合并，第10个不用合并；
然后，进行“2+2”合并：0~3合并，4~7合并，此时剩下3个，虽然不足4，但是大于2，所以做“2+1”合并，即8~10合并；
再然后，进行“4+4”合并，即0~7合并，此时剩下3个，3小于等于4，所以不用合并；
最后，进行“8+8”合并，因为总数是11，虽然不足16，但是大于8，所以做“8+3”合并.

也许上面的描述把你搞晕了，没关系，看看示意图，秒懂。

下图共11个元素，实线箭头表示合并，虚线箭头表示不做处理。

C语言代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>   //memcpy函数用这个头文件
#include <stdlib.h>   //malloc和free函数用这个头文件/**此函数为了测试用，功能是打印数组，不想刷屏，所以没有加换行*a是数组首地址*len是数组长度*/
void print_array(int *a, int len)
{int i=0;for(i=0; i<len; ++i)printf("%d ",a[i]);
}/** 将两个有序数组b和c合并为一个有序数组a* b是第一个非降序数组的首地址，长度是len_b* c是第二个非降序数组的首地址，长度是len_c* a指向输出数组的首地址* 注意：a数组需要调用者分配空间,且a数组不能与b或者c重叠*/void __merge(int *a, int *b, int len_b, int *c, int len_c)
{int i = 0; // b的下标int j = 0; // c的下标int k = 0; // a的下标int len = len_b + len_c; //计算出a数组的长度/*循环执行条件是 i 和 j 都没有越界*/while(i < len_b && j < len_c) //&&的优先级更低 {/*比较b[i]和c[j],把较小的复制到a[k],同时i(或j)和k指向下一个元素*/if(b[i] <= c[j])a[k++] = b[i++];elsea[k++] = c[j++];}if(i == len_b) //说明b已经处理完memcpy(a+k, c+j, (len-k)*sizeof(int));else         //说明c已经处理完memcpy(a+k, b+i, (len-k)*sizeof(int));
}void __merge_two_part(int a[], int len_1, int len_2)
{int *sub_1 = a;int *sub_2 = a + len_1;/* 这里可以添加调试信息，展示排序过程，比如printf("merge ");print_array(sub_1,len_1);printf("  and  ");print_array(sub_2,len_2);*/int temp_len = sizeof(int) * (len_1 + len_2); //计算需要多少字节int *temp = malloc(temp_len); //分配临时空间if(temp == NULL){printf("malloc failed\n");return;}__merge(temp,sub_1,len_1,sub_2,len_2);memcpy(a,temp,temp_len); //此时数组a已经有序/* 这里可以添加调试信息，展示排序过程，比如printf("---> ");print_array(a,len_1 + len_2);printf("\n");*/free(temp);
}void __n_and_n_merge(int a[], int a_len, int n)
{int left = a_len; //left用来计数，表示还剩多少个元素没有参与合并int join_len = n + n;  // n并n,合并后的长度是2n,用join_len表示while(left >= join_len){__merge_two_part(a,n,n);a += join_len;   //使a指向下一段left -= join_len;}/*当不够n+n合并时，如果超过n个元素，仍然进行合并；如果剩余元素小于等于n个，则不做处理*/      if(left > n) {__merge_two_part(a,n,left-n);}
}void merge_sort_down2up(int a[], int len)
{int step = 1;        //初始步长while(step < len){__n_and_n_merge(a,len,step);   //step + step 合并step *= 2;  }
}//测试函数
int main(void)
{int a[11]={9,8,5,3,2,9,4,6,7,1,0};   //11个数   merge_sort_down2up(a,11);printf("最终结果：");print_array(a,11);printf("\n");return 0;
}

代码讲解

已经在代码中添加了详细的注释，这里只说要点。
与排序相关的函数有4个。

void __merge(int *a, int *b, int len_b, int *c, int len_c);
void __merge_two_part(int a[], int len_1, int len_2);
void __n_and_n_merge(int a[], int a_len, int n);
void merge_sort_down2up(int a[], int len);

前三个属于内部函数（我以双下划线开头），第四个merge_sort_down2up属于开放给用户的函数，调用的时候传入整形数组名和长度即可。

void __merge(int *a, int *b, int len_b, int *c, int len_c);
这个函数在上一篇博文中出现过，属于归并过程中最基本的“砖头”，此函数被第二个函数__merge_two_part调用。

void __merge_two_part(int a[], int len_1, int len_2);
为了增强整个代码的可读性，我专门设计了这个接口。
这个函数的目的是把一个数组的前半部分（已经为升序）和后半部分（已经为升序）进行合并排序。int a[]也可以写为int *a,用来接收数组首地址；len_1表示前半部分的长度，len_2表示后半部分的长度。
假设数组a包含7个元素，前4个和后3个元素已经分别有序，现在要做4+3合并，那么应该这样用
__merge_two_part(a, 4, 3);

示意图如下：

调用后，数组a为升序。

void __n_and_n_merge(int a[], int a_len, int n);
此函数对整个数组进行n+n合并。
注意：对于剩余的元素，当不够n+n合并时，如果大于n个元素，则进行n+x合并；如果小于等于n个，则不做处理.

a_len表示数组长度，每次调用时保持不变，n表示合并的步长，取值为1,2,4,8...;
n的初始值为1，反复调用此函数，调用后n取值翻倍，直到n大于等于a_len为止。

在void __merge_two_part(int a[], int len_1, int len_2)函数中添加一些打印信息，可以看出整个排序过程。截图如下：

【参考资料】
http://www.cnblogs.com/xing901022/p/3671771.html

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