C++でバブルソートを実装する方法をわかりやすく解説

バブルソート（Bubble Sort）は、比較ベースの基本的なソートアルゴリズムの一つです。隣り合う要素同士を比較し、順序が正しくない場合は入れ替えることを繰り返すことで、データ全体を昇順（または降順）に整列させます。

このアルゴリズムは他のソート手法と比べて実装が非常にシンプルであるという特徴がありますが、一方でいくつかの欠点も抱えています。特に大量のデータを扱う場合には処理に時間がかかるため、大規模なデータセットのソートには適していません。学習用や小規模データ向けのアルゴリズムとして理解しておくと良いでしょう。

バブルソートの計算量

• 時間計算量： 最良ケース O(n)、平均・最悪ケース O(n²)

• 空間計算量： O(1)

すでにソート済みの配列に対しては、スワップの有無を検知するフラグを利用することで、1回の走査で処理を終了でき、最良ケースでは線形時間 O(n) で完了します。

入力 − ソートされていないデータのリスト：56 98 78 12 30 51
出力 − ソート後の配列：12 30 51 56 78 98

アルゴリズム

bubbleSort(array, size)

入力： データの配列と、配列内の要素数

出力： ソート済みの配列

開始
   for i := 0 to size-1 do
      flag := 0;
      for j := 0 to size - i - 1 do
         if array[j] > array[j+1] then
            array[j] と array[j+1] を交換
            flag := 1
      done
      if flag ≠ 1 then
         ループを抜ける。
   done
終了

C++による実装例

以下は、バブルソートをC++で実装したサンプルコードです。ユーザーから要素数と各要素を受け取り、ソート前後の配列を表示します。

#include<iostream>
using namespace std;

void swapping(int &a, int &b) {    // aとbの中身を入れ替える
   int temp;
   temp = a;
   a = b;
   b = temp;
}

void display(int *array, int size) {
   for(int i = 0; i<size; i++)
      cout << array[i] << " ";
   cout << endl;
}

void bubbleSort(int *array, int size) {
   for(int i = 0; i<size; i++) {
      int swaps = 0;          // スワップが発生したかを検知するフラグ
      for(int j = 0; j<size-i-1; j++) {
         if(array[j] > array[j+1]) {     // 現在の要素が次の要素より大きい場合
            swapping(array[j], array[j+1]);
            swaps = 1;        // スワップフラグをセット
         }
      }
      if(!swaps)
         break;               // この走査でスワップなし → 配列はソート済み
   }
}

int main() {
   int n;
   cout << "Enter the number of elements: ";
   cin >> n;
   int arr[n];     // 指定された要素数で配列を作成
   cout << "Enter elements:" << endl;
   for(int i = 0; i<n; i++) {
      cin >> arr[i];
   }
   cout << "Array before Sorting: ";
   display(arr, n);
   bubbleSort(arr, n);
   cout << "Array after Sorting: ";
   display(arr, n);
}

実行結果

上記のプログラムを実行すると、以下のような出力が得られます。6つの整数を入力した場合の例です。

Enter the number of elements: 6
Enter elements:
56 98 78 12 30 51
Array before Sorting: 56 98 78 12 30 51
Array after Sorting: 12 30 51 56 78 98

このように、入力された配列「56 98 78 12 30 51」が、昇順に整列された「12 30 51 56 78 98」へと変換されていることが確認できます。