快排之所以快，是因为采用了分治法，在每一轮挑选一个基准元素，并让其他比它大的元素移到数动到数列一边，比它小的元素移动到数列的另一边，从而把数列拆解成两个部分。

快排的平均时间复杂度是O(nlogn)，但在极端情况下（数列的第一个元素为最小值或最大值），时间复杂度为O($n^2$)。

快排有两种方法：双边循环法、单边循环法。

双边循环法是选定基准元素pivot，并设置两个指针left、right，指向数列的最左和最右两个元素。
先从 right 指针开始，让指针指向的元素与基准元素比较，如果大于或等于pivot，则指针向左移动，如果小于pivot，则right指针停止移动，切换到left指针；让left指针所指向的元素与pivot比较，如果小于或等于pivot，则指针右移，如果大于pivot，则left指针停止移动。一轮循环结束让left和right指针指向的元素交换。
所有循环结束，pivot和指针重合点交换。

public class QuickSort {
    
    public static void quickSort(int[] arr,int startIndex,int endIndex){
        // 递归结束条件：startIndex大于或等于endIndex时
        if(startIndex >= endIndex){
            return;
        }
        // 得到基准元素位置
        int pivotIndex = partition(arr,startIndex,endIndex);
        // 根据基准元素，分成两部分进行递归排序
        quickSort(arr,startIndex,pivotIndex - 1);
        quickSort(arr,pivotIndex + 1, endIndex);
    }

    /**
     * 分治法（双边循环法）
     * @param arr
     * @param startIndex
     * @param endIndex
     * @return
     */
    private static int partition(int[] arr, int startIndex, int endIndex) {
        // 取第1个位置（也可以选择随机位置）元素为基准元素
        int pivot = arr[startIndex];
        int left = startIndex;
        int right = endIndex;

        while (left != right){
            // 控制right指针比较并左移
            while (left < right && arr[right] > pivot){
                right--;
            }
            // 控制left指针比较并右移
            while (left < right && arr[left] <= pivot){
                left++;
            }
            // 交换left和right指针所指向的元素
            if(left < right){
                int p = arr[left];
                arr[left] = arr[right];
                arr[right] = p;
            }
        }
        // pivot和指针所指向的元素
        arr[startIndex] = arr[left];
        arr[left] = pivot;

        return left;
    }
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[]{4,4,6,5,3,10,2,8,1,9};
        quickSort(arr,0,arr.length-1);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

双边循环法从数组两边交替遍历元素，虽然更加直观，但代码实现相对繁琐。单边循环法则简单的多，只从数组的一边对元素进行遍历和交换。与双边循环法类似，先选定基准元素pivot，再设置一个mark指针指向数列起始位置，这个mark指针代表小于基准元素的区域边界。

从基准元素的下一个元素开始遍历数组，如果遍历到的元素大于基准元素，就继续遍历；如果小于基准元素，则做两件事：把mark指针右移1位、让最新遍历到的元素和mark指针所在位置的元素交换位置。

public class QuickSort_single {
    
    public static void QuickSort(int[] arr,int startIndex,int endIndex){
        // 递归结束条件：starkIndex大于或等于endIndex
        if(startIndex >= endIndex){
            return;
        }
        // 得到基准元素位置
        int pivotIndex = partition(arr,startIndex,endIndex);
        // 根据基准元素，分成两部分进行递归排序
        QuickSort(arr,startIndex,pivotIndex - 1);
        QuickSort(arr,pivotIndex + 1, endIndex);
    }
    /**
     * 分治（单边循环法）
     * @param arr
     * @param startIndex
     * @param endIndex
     * @return
     */
    private static int partition(int[] arr, int startIndex, int endIndex) {
        //取第1个位置（也可以选择随机位置）元素为基准元素
        int pivot = arr[startIndex];
        int mark = startIndex;

        for(int i = startIndex + 1; i <= endIndex; i++){
            if(arr[i] < pivot){
                mark++;
                int p = arr[mark];
                arr[mark] = arr[i];
                arr[i] = p;
            }
        }
        arr[startIndex] = arr[mark];
        arr[mark] = pivot;

        return mark;
    }
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[]{8,7,9,2,6,4,5,1,3};
        QuickSort(arr,0,arr.length-1);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}