第四章 串--以下代码由C语言实现

王道学习

4.1 知识框架


4.2 串的定义和实现

字符串简称串，计算机上非数值处理的对象基本都是字符串数据。我们常见的信息检索系统(如搜索引擎)、文本编辑程序(如 Word)、问答系统、自然语言翻译系统等，都是以字符串数据作为处理对象的。本章详细介绍字符串的存储结构及相应的操作。

4.2.1 串的定义

串的逻辑结构和线性表极为相似，区别仅在于串的数据对象限定为字符集。在基本操作上，串和线性表有很大差别。线性表的基本操作主要以单个元素作为操作对象，如查找、插入或删除某个元素等;而串的基本操作通常以子串作为操作对象，如查找、插入或删除一个子串等。

4.2.2 串的基本操作


4.2.3 顺序存储表示



//串--顺序存储--数组
#include <stdio.h>
#define MAXLEN 255

struct SString{
	//ch[0]不使用 
	char ch[MAXLEN];
	int length;
};

typedef struct SString SString;

/*
	初始化操作		 
*/
void initString(SString *sString){
	(*sString).length=0; 
}

/*
	注意：数组名作为函数参数，会自动转换为指针
	所以，写char chars[]与char *chars，道理相同 
	所以，需要额外传一个参数，来标识chars的长度
	数组名--首地址 
	
	赋值操作
		chars赋值给sString的ch  
	
	返回值
		1--成功
		0--失败 
*/
int strAssign(SString *sString,char *chars,int len){
	
	if(len-1>MAXLEN-1){
		return 0;
	}
	
	initString(sString);
	
	int i=0;
	for(;i<=len-1;i++){
		(*sString).ch[i+1]=chars[i];
		(*sString).length=(*sString).length+1;	
	} 
	
	return 1;
}

/*
	注意：数组名作为函数参数，会自动转换为指针
	所以，写char chars[]与char *chars，道理相同 
	所以，需要额外传一个参数，来标识chars的长度
	数组名--首地址 
	
	追加操作
		chars追加给sString的ch  
	
	返回值
		1--成功
		0--失败 
*/
int appendString(SString *sString,char *chars,int len){
	
	if(len-1>MAXLEN-1-(*sString).length){
		return 0;
	}
	
	int i=0;
	for(;i<=len-1;i++){
		(*sString).length=(*sString).length+1;
		(*sString).ch[(*sString).length]=chars[i];
	} 
	
	return 1;
}

/*
	复制操作
		sString的ch复制给t的ch 
	
	返回值
		1--成功
		0--失败 
	 
*/
int strCopy(SString *t,SString sString){

	int length=sString.length;
	int i=1;
	for(;i<=length;i++){
		(*t).ch[i]=sString.ch[i];
	}
	
	return 1;
	
}

/*
	判空操作
	
	返回值
		1--非空 
		0--空  
*/
int strEmpty(SString sString){
	
	if(sString.length>0){
		return 1;
	}else{
		return 0;
	}
	
} 

/*
	求串长 
*/
int strLength(SString sString){
	return sString.length;
}

/*
	清空操作 
*/ 
void clearString(SString *sString){
	(*sString).length=0;
}

/*
	销毁串操作--main运行结束，弹栈--自动销毁 
*/ 
void destoryString(SString *sString){
	(*sString).length=0;
}

/*
	拼接操作
		str1的ch与str2的ch拼接赋值给t的ch 
	
	返回值
		1--成功
		0--失败  
*/

int concat(SString *t,SString s1,SString s2){
	
	int len1=strLength(s1);
	int len2=strLength(s2);
	
	if(len1+len2>MAXLEN-1){
		return 0;
	}
	
	initString(t);
	
	int i=1;
	for(;i<=len1;i++){
		(*t).ch[i]=s1.ch[i];
		(*t).length=(*t).length+1;	
	}
	
	int j=1;
	for(;j<=len2;j++){
		(*t).length=(*t).length+1;	
		(*t).ch[(*t).length]=s2.ch[j];
	} 

  return 1;
	
}

/*
	求子串
		s的ch截取赋值给sub的ch
		
	返回值
		1--成功
		0--失败 
*/
int subString(SString *sub,SString s,int pos,int len){
	
	//子串范围越界
	if(pos+len-1>strLength(s)){
		return 0;
	}
	
	int i=pos;
	for(;i<pos+len;i++){
		(*sub).ch[i-pos+1]=s.ch[i];
	}
	(*sub).length=len; 
	
	return 1; 
}

/*
	字符串比较--s的ch与t的ch比较
	
	返回值
		正数--s>t
		0--相等
		负数--s<t 
*/
int strCompare(SString s,SString t){
	
	int len1=strLength(s);
	int len2=strLength(t);
	int i=1;
	for(;i<=len1&&i<=len2;i++){
		if(s.ch[i]!=t.ch[i]){
			return s.ch[i]-t.ch[i];
		}
	}
	
	return len1-len2;
}

/*
	定位操作
		若主串s中存在于串t值相同的子串，
		则返回主串s中第一次出现的位置
		否则函数值为0  
*/ 
int index(SString s,SString t){
	
	int i=1;
	int n=strLength(s);
	int m=strLength(t);
	
	SString sub;	 
	while(i<=n-m+1){
		subString(&sub,s,i,m);
		if(strCompare(s,sub)!=0){
			i++;
		}else{
			return i;
		}
	}
	
	return 0;
} 

/*
	输出串
	
	返回值
		1--成功
		0--失败  
*/
void printfSString(SString sString){
	
	int length=strLength(sString);
	
	if(length==0){
		return 0;
	} 
	
	printf("\n");
	int i=1;
	for(;i<=length;i++){
		printf("%c",sString.ch[i]);
	}
	
	//%s会输出ch[0] 
	//printf("%s",sString.ch);
	return 1;
}

int main(){
	SString sString;
	char str1[]="123";
	char str2[]="abc";
	initString(&sString);
	printf("%d\n",strLength(sString));
	printfSString(sString);

	
	return 0;
}
 

#include <stdio.h>
#define MAXLEN 255 

struct SString{
	char ch[MAXLEN];
	int length;
};

typedef struct SString SString;

void initString(SString *sString){
	sString->length=0;
}

int strAssign(SString *sString,char *chars,int len){
	if(len-1>MAXLEN-1){
		return 0;
	}
	
	initString(sString);
	
	int i=0;
	for(;i<=len-1;i++){
		sString->ch[i+1]=chars[i];
		sString->length=sString->length+1;	
	}
	
	return 1;
	 
}

int appendString(SString *sString,char *chars,int len){
	if(len-1>MAXLEN-1-sString->length){
		return 0;
	}
	
	int i=0;
	for(;i<=len-1;i++){
		sString->length=sString->length+1;
		sString->ch[sString->length]=chars[i];
	}
	
	return 1;
}

int strCopy(SString *t,SString sString){
	int length=sString.length;
	int i=1;
	for(;i<=length;i++){
		t->ch[i]=sString.ch[i];
	}
	
	return 1;
}

int strEmpty(SString sString){
	if(sString.length>0){
		return 1;
	}else{
		return 0;
	}
}

int strLength(SString sString){
	return sString.length;
}

void clearString(SString *sString){
	sString->length=0;
}

void destoryString(SString *sString){
	sString->length=0;
}

int concat(SString *t,SString s1,SString s2){
	int len1=strLength(s1);
	int len2=strLength(s2);
	
	if(len1+len2>MAXLEN-1){
		return 0;
	}
	
	initString(t);
	
	int i=1;
	for(;i<len1;i++){
		t->ch[i]=s1.ch[i];
		t->length=t->length+1;
	} 
	
	int j=1;
	for(;i<=len2;j++){
		t->length=t->length+1;
		t->ch[t->length]=s2.ch[j];
	}
	
	return 1;
}

int subString(SString *sub,SString s,int pos,int len){
	if(pos+len-1>strLength(s)){
		return 0;
	}
	
	int i=pos;
	for(;i<pos+len;i++){
		sub->ch[i-pos+1]=s.ch[i];
	}
	
	sub->length=len;
	
	return 1;
}

int strCompare(SString s,SString t){
	int len1=strLength(s);
	int len2=strLength(t);
	int i=1;
	for(;i<=len1&&i<=len2;i++){
		if(s.ch[i]!=t.ch[i]){
			return s.ch[i]-t.ch[i];
		}
	}
	
	return len1-len2;
}

int index(SString s,SString t){
	int i=1;
	int n=strLength(s);
	int m=strLength(t);
	
	SString sub;
	while(i<=n-m+1){
		subString(&sub,s,i,m);
		if(strCompare(s,sub)!=0){
			i++;
		}else{
			return i;
		}
	}
	
	return 0;
}

void printfSString(SString sString){
	
	int length=strLength(sString);
	
	if(length==0){
		return 0;
	} 
	
	printf("\n");
	int i=1;
	for(;i<=length;i++){
		printf("%c",sString.ch[i]);
	}
	
	return 1;
	
}

int main(){
	
	SString sString;
	char str1[]="123";
	char str2[]="abc";
	initString(&sString);
	printf("%d\n",strLength(sString));
	printfSString(sString);
	
	return 0;
}

4.2.4 链式存储表示


4.3 串的模式匹配

4.3.1 简单的模式匹配算法


//串--顺序存储--数组
#include <stdio.h>
#define MAXLEN 255

struct SString{
	//ch[0]不使用 
	char ch[MAXLEN];
	int length;
};

typedef struct SString SString;

/*
	初始化操作		 
*/
void initString(SString *sString){
	(*sString).length=0; 
}

/*
	注意：数组名作为函数参数，会自动转换为指针
	所以，写char chars[]与char *chars，道理相同 
	所以，需要额外传一个参数，来标识chars的长度
	数组名--首地址 
	
	赋值操作
		chars赋值给sString的ch  
	
	返回值
		1--成功
		0--失败 
*/
int strAssign(SString *sString,char *chars,int len){
	
	if(len-1>MAXLEN-1){
		return 0;
	}
	
	initString(sString);
	
	int i=0;
	for(;i<=len-1;i++){
		(*sString).ch[i+1]=chars[i];
		(*sString).length=(*sString).length+1;	
	} 
	
	return 1;
}

/*
	求串长 
*/
int strLength(SString sString){
	return sString.length;
}


/*
	定位操作
		若主串s中存在于串t值相同的子串，
		则返回主串s中第一次出现的位置
		否则函数值为0  
*/ 
int indexFirst(SString s,SString t){
	
	int k=1;
	int i=k,j=1;
	
	while(i<=strLength(s)&&j<=strLength(t)){
		if(s.ch[i]==t.ch[j]){
			i++;
			j++;
		}else{
			k++;
			i=k;
			j=1;
		} 
	}
	
	if(j>strLength(t)){
		return k;
	}else{
		return 0;	
	}	

}

/*
	定位操作
		若主串s中存在于串t值相同的子串，
		则返回主串s中第一次出现的位置
		否则函数值为0  
*/ 
int indexSecond(SString s,SString t){
	
	int i=1,j=1;
	
	while(i<=strLength(s)&&j<=strLength(t)){
		if(s.ch[i]==t.ch[j]){
			i++;
			j++;
		}else{
			i=i-j+2;
			j=1;
		} 
	}
	
	if(j>strLength(t)){
		return i-strLength(t);
	}else{
		return 0;	
	}	

} 

/*
	输出串
	
	返回值
		1--成功
		0--失败  
*/
void printfSString(SString sString){
	
	int length=strLength(sString);
	
	if(length==0){
		return 0;
	} 
	
	printf("\n");
	int i=1;
	for(;i<=length;i++){
		printf("%c",sString.ch[i]);
	}
	
	//%s会输出ch[0] 
	//printf("%s",sString.ch);
	return 1;
}



int main(){
	SString sString;
	char str1[]="123";
	char str2[]="abc";
	initString(&sString);
	printf("%d\n",strLength(sString));
	printfSString(sString);

	
	return 0;
}

#include <stdio.h>
#define MAXLEN 255

struct SString{
	char ch[MAXLEN];
	int length;
};

typedef struct SString SString;

void initString(SString *sString){
	sString->length=0;
}

int strAssign(SString *sString,char *chars,int len){
	if(len-1>MAXLEN-1){
		return 0;
	}
	
	initString(sString);
	
	int i=0;
	for(;i<=len-1;i++){
		sString->ch[i+1]=chars[i];
		sString->length=sString->length+1;	
	}
	
	return 1;
}

int strLength(SString sString){
	return sString.length;
}

int indexFirst(SString s,SString t){
	int k=1;
	int i=k,j=1;
	
	while(i<=strLength(s)&&j<=strLength(t)){
		if(s.ch[i]==t.ch[j]){
			i++;
			j++;
		}else{
			k++;
			i=k;
			j=1;
		}
	}
	
	if(j>strLength(t)){
		return k;
	}else{
		return 0;
	}
}

int indexSecond(SString s,SString t){
	int i=1,j=1;
	
	while(i<=strLength(s)&&j<=strLength(t)){
		if(s.ch[i]==t.ch[j]){
			i++;
			j++;
		}else{
			i=i-j+2;
			j=1;
		}
	}
	
	if(j>strLength(t)){
		return i=strLength(t);
	}else{
		return 0;
	}
}

void printfSString(SString sString){
	
	int length=strLength(sString);
	
	if(length==0){
		return 0;
	} 
	
	printf("\n");
	int i=1;
	for(;i<=length;i++){
		printf("%c",sString.ch[i]);
	}
	
	//%s会输出ch[0] 
	//printf("%s",sString.ch);
	return 1;
}

int main(){
	
	SString sString;
	char str1[]="123";
	char str2[]="abc";
	initString(&sString);
	printf("%d\n",strLength(sString));
	printfSString(sString);
	
	return 0;
}

4.3.2 改进的模式匹配算法——KMP算法

1、字符串的前缀、后缀和部分匹配值
要了解子串的结构，首先要弄清楚几个概念:前缀、后缀和部分匹配值。前缀指除最后一个字符以外，字符串的所有头部子串;后缀指除第一个字符外，字符串的所有尾部子串;部分匹配值则为字符串的前缀和后缀的最长相等前后缀长度。下面以' ababa '为例进行说明:
2、KMP算法介绍
由D.E.Knuth，J.H.Morris和V.R.Pratt提出，因此称为KMP算法
3、求next数组
4、KMP算法性能分析

4.3.2 KMP算法的进一步优化


4.3.3 本节试题精选