Bubble Sort排序异常：C语言环境变量按名称排序问题修复请求

我写了一个C程序，想要按环境变量名称的ASCII值对其排序（例如以D开头的变量应排在H开头的变量之前），但使用strcmp实现的冒泡排序没有得到正确的排序结果。以下是我使用的代码和排序后的异常输出，请帮忙排查并修复程序。

原代码 #

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

void swap(char **a, char **b) {
        char *temp = *a;
        *a = *b;
        *b = temp;
}

void sort (char *envp[]) {
        char *name1, *name2, *token;
        for (int i = 0; envp[i] != NULL; i++) {
                for (int j = 0; envp[j] != NULL; j++) {
                        token = strdup(envp[i]);
                        name1 = strtok(token, "=");
                        free(token);

                        token = strdup(envp[j]);
                        name2 = strtok(token, "=");
                        free(token);

                        if (strcmp(name1, name2) > 0) {
                                swap(&envp[i], &envp[j]);
                        }
                }
        }
}

int main(int argc, char *argv[], char *envp[]) {
        printf("Before sorting:\n");
        for (int i = 0; envp[i] != NULL; i++) {
                printf("%s\n", envp[i]);
        }

        sort(envp);

        printf("After sorting:\n");
        for (int i = 0; envp[i] != NULL; i++) {
                printf("%s\n", envp[i]);
        }

        return 0;
}

异常排序结果 #

LS_COLORS=rs=0:di=01;34:ln=01;36:mh=00:pi=40;33:so=01;35:do=01;35:bd=40;33;01:cd=40;33;01:or=40;31;01:mi=00:su=37;41:sg=30;43:ca=30;41:tw=30;42:ow=34;42:st=37;44:ex=01;32:*.tar=01;31:*.tgz=01;31:*.arc=01;31:*.arj=01;31:*.taz=01;31:*.lha=01;31:*.lz4=01;31:*.lzh=01;31:*.lzma=01;31:*.tlz=01;31:*.txz=01;31:*.tzo=01;31:*.t7z=01;31:*.zip=01;31:*.z=01;31:*.dz=01;31:*.gz=01;31:*.lrz=01;31:*.lz=01;31:*.lzo=01;31:*.xz=01;31:*.zst=01;31:*.tzst=01;31:*.bz2=01;31:*.bz=01;31:*.tbz=01;31:*.tbz2=01;31:*.tz=01;31:*.deb=01;31:*.rpm=01;31:*.jar=01;31:*.war=01;31:*.ear=01;31:*.sar=01;31:*.rar=01;31:*.alz=01;31:*.ace=01;31:*.zoo=01;31:*.cpio=01;31:*.7z=01;31:*.rz=01;31:*.cab=01;31:*.wim=01;31:*.swm=01;31:*.dwm=01;31:*.esd=01;31:*.jpg=01;35:*.jpeg=01;35:*.mjpg=01;35:*.mjpeg=01;35:*.gif=01;35:*.bmp=01;35:*.pbm=01;35:*.pgm=01;35:*.ppm=01;35:*.tga=01;35:*.xbm=01;35:*.xpm=01;35:*.tif=01;35:*.tiff=01;35:*.png=01;35:*.svg=01;35:*.svgz=01;35:*.mng=01;35:*.pcx=01;35:*.mov=01;35:*.mpg=01;35:*.mpeg=01;35:*.m2v=01;35:*.mkv=01;35:*.webm=01;35:*.ogm=01;35:*.mp4=01;35:*.m4v=01;35:*.mp4v=01;35:*.vob=01;35:*.qt=01;35:*.nuv=01;35:*.wmv=01;35:*.asf=01;35:*.rm=01;35:*.rmvb=01;35:*.flc=01;35:*.avi=01;35:*.fli=01;35:*.flv=01;35:*.gl=01;35:*.dl=01;35:*.xcf=01;35:*.xwd=01;35:*.yuv=01;35:*.cgm=01;35:*.emf=01;35:*.ogv=01;35:*.ogx=01;35:*.aac=00;36:*.au=00;36:*.flac=00;36:*.m4a=00;36:*.mid=00;36:*.midi=00;36:*.mka=00;36:*.mp3=00;36:*.mpc=00;36:*.ogg=00;36:*.ra=00;36:*.wav=00;36:*.oga=00;36:*.opus=00;36:*.spx=00;36:*.xspf=00;36:
SSH_AUTH_SOCK=/tmp/ssh-sjl03UGnNi/agent.17850
PWD=/home/sgl24
LOGNAME=sgl24
XDG_SESSION_TYPE=tty
MOTD_SHOWN=pam
HOME=/home/sgl24
LANG=C.UTF-8
SHELL=/bin/bash
SSH_CONNECTION=35.235.244.34 36427 10.128.0.7 22
LESSCLOSE=/usr/bin/lesspipe %s %s
XDG_SESSION_CLASS=user
TERM=xterm-256color
LESSOPEN=| /usr/bin/lesspipe %s
USER=sgl24
SHLVL=1
XDG_SESSION_ID=94
XDG_RUNTIME_DIR=/run/user/1001
SSH_CLIENT=35.235.244.34 36427 22
XDG_DATA_DIRS=/usr/local/share:/usr/share:/var/lib/snapd/desktop
PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/snap/bin
DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS=unix:path=/run/user/1001/bus
SSH_TTY=/dev/pts/1
_=./a.out

问题排查 #

1. 指针悬空问题：strtok返回的指针指向strdup分配的内存，调用free(token)后，name1和name2变成悬空指针，后续用strcmp访问这些指针属于未定义行为，可能导致错误的比较结果。
2. 冒泡排序逻辑错误：标准冒泡排序应该只比较相邻或未排序的元素对，当前代码的双层循环会重复比较所有元素对，甚至已经排好序的元素会被再次交换，导致排序混乱。

修复后的代码 #

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

void swap(char **a, char **b) {
    char *temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

// 提取环境变量名称的辅助函数
const char* get_env_name(const char *env_str) {
    static char name_buf[256]; // 假设环境变量名长度不超过255
    const char *eq_pos = strchr(env_str, '=');
    if (eq_pos == NULL) {
        return env_str;
    }
    size_t len = eq_pos - env_str;
    strncpy(name_buf, env_str, len);
    name_buf[len] = '\0';
    return name_buf;
}

void sort(char *envp[]) {
    // 先统计环境变量数量
    int count = 0;
    while (envp[count] != NULL) {
        count++;
    }

    // 标准冒泡排序实现
    for (int i = 0; i < count - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < count - i - 1; j++) {
            const char *name1 = get_env_name(envp[j]);
            const char *name2 = get_env_name(envp[j+1]);
            if (strcmp(name1, name2) > 0) {
                swap(&envp[j], &envp[j+1]);
            }
        }
    }
}

int main(int argc, char *argv[], char *envp[]) {
    printf("Before sorting:\n");
    for (int i = 0; envp[i] != NULL; i++) {
        printf("%s\n", envp[i]);
    }

    sort(envp);

    printf("After sorting:\n");
    for (int i = 0; envp[i] != NULL; i++) {
        printf("%s\n", envp[i]);
    }

    return 0;
}

修复说明 #

• 解决指针悬空：新增get_env_name函数，使用静态缓冲区存储提取的环境变量名，避免直接访问已释放的内存。
• 修正冒泡排序逻辑：先统计环境变量总数，然后使用标准冒泡排序的双层循环结构，内层循环只比较未排序的相邻元素对，确保每次把最大的元素"冒泡"到末尾，避免无效的重复比较和交换。
• 更安全的名称提取：用strchr定位=符号，再复制名称部分，比strtok更安全，不会修改原环境变量字符串。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Sebastian Llaurador