模式串匹配、KMP算法及其改进（代码）

#include "string.h"
#include "stdio.h"    
#include "stdlib.h"   
#include "io.h"  
#include "math.h"  
#include "time.h"
#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 100 /* 存储空间初始分配量 */
typedef int Status;     /* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */
typedef int ElemType;   /* ElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */
typedef char String[MAXSIZE + 1]; /*  0号单元存放串的长度 */
/* 生成一个其值等于chars的串T */
Status StrAssign(String T, char *chars)
{
	int i;
	if (strlen(chars)>MAXSIZE)
		return ERROR;
	else
	{
		T[0] = strlen(chars);
		for (i = 1; i <= T[0]; i++)
			T[i] = *(chars + i - 1);
		return OK;
	}
}
Status ClearString(String S)
{
	S[0] = 0;/*  令串长为零 */
	return OK;
}
/*  输出字符串T。 */
void StrPrint(String T)
{
	int i;
	for (i = 1; i <= T[0]; i++)
		printf("%c", T[i]);
	printf("\n");
}
/*  输出Next数组值。 */
void NextPrint(int next[], int length)
{
	int i;
	for (i = 1; i <= length; i++)
		printf("%d", next[i]);
	printf("\n");
}
/* 返回串的元素个数 */
int StrLength(String S)
{
	return S[0];
}
/* 朴素的模式匹配法 */
int Index(String S, String T, int pos)
{
	int i = pos;    /* i用于主串S中当前位置下标值，若pos不为1，则从pos位置开始匹配 */
	int j = 1;              /* j用于子串T中当前位置下标值 */
	while (i <= S[0] && j <= T[0]) /* 若i小于S的长度并且j小于T的长度时，循环继续 */
	{
		if (S[i] == T[j])   /* 两字母相等则继续 */
		{
			++i;
			++j;
		}
		else                /* 指针后退重新开始匹配 */
		{
			i = i - j + 2;      /* i退回到上次匹配首位的下一位 */
			j = 1;          /* j退回到子串T的首位 */
		}
	}
	if (j > T[0])
		return i - T[0];
	else
		return 0;
}
/* 通过计算返回子串T的next数组。 */
void get_next(String T, int *next)
{
	int i, j;
	i = 1;
	j = 0;
	next[1] = 0;
	while (i<T[0])  /* 此处T[0]表示串T的长度 */
	{
		if (j == 0 || T[i] == T[j])     /* T[i]表示后缀的单个字符，T[j]表示前缀的单个字符 */
		{
			++i;
			++j;
			next[i] = j;
		}
		else
			j = next[j]; /* 若字符不相同，则j值回溯 */
	}
}
/* 返回子串T在主串S中第pos个字符之后的位置。若不存在，则函数返回值为0。 */
/*  T非空，1≤pos≤StrLength(S)。 */
int Index_KMP(String S, String T, int pos)
{
	int i = pos;        /* i用于主串S中当前位置下标值，若pos不为1，则从pos位置开始匹配 */
	int j = 1;          /* j用于子串T中当前位置下标值 */
	int next[255];      /* 定义一next数组 */
	get_next(T, next);  /* 对串T作分析，得到next数组 */
	while (i <= S[0] && j <= T[0]) /* 若i小于S的长度并且j小于T的长度时，循环继续 */
	{
		if (j == 0 || S[i] == T[j])   /* 两字母相等则继续，与朴素算法增加了j=0判断 */
		{
			++i;
			++j;
		}
		else            /* 指针后退重新开始匹配 */
			j = next[j];/* j退回合适的位置，i值不变 */
	}
	if (j > T[0])
		return i - T[0];
	else
		return 0;
}
/* 求模式串T的next函数修正值并存入数组nextval */
void get_nextval(String T, int *nextval)
{
	int i, j;
	i = 1;
	j = 0;
	nextval[1] = 0;
	while (i<T[0])  /* 此处T[0]表示串T的长度 */
	{
		if (j == 0 || T[i] == T[j])     /* T[i]表示后缀的单个字符，T[j]表示前缀的单个字符 */
		{
			++i;
			++j;
			if (T[i] != T[j])      /* 若当前字符与前缀字符不同 */
				nextval[i] = j; /* 则当前的j为nextval在i位置的值 */
			else
				nextval[i] = nextval[j];    /* 如果与前缀字符相同，则将前缀字符的 */
			/* nextval值赋值给nextval在i位置的值 */
		}
		else
			j = nextval[j];          /* 若字符不相同，则j值回溯 */
	}
}
int Index_KMP1(String S, String T, int pos)
{
	int i = pos;        /* i用于主串S中当前位置下标值，若pos不为1，则从pos位置开始匹配 */
	int j = 1;          /* j用于子串T中当前位置下标值 */
	int next[255];      /* 定义一next数组 */
	get_nextval(T, next);   /* 对串T作分析，得到next数组 */
	while (i <= S[0] && j <= T[0]) /* 若i小于S的长度并且j小于T的长度时，循环继续 */
	{
		if (j == 0 || S[i] == T[j])   /* 两字母相等则继续，与朴素算法增加了j=0判断 */
		{
			++i;
			++j;
		}
		else            /* 指针后退重新开始匹配 */
			j = next[j];/* j退回合适的位置，i值不变 */
	}
	if (j > T[0])
		return i - T[0];
	else
		return 0;
}
int main()
{
	int i, *p;
	String s1, s2;
	StrAssign(s1, "abcdex");
	printf("子串为: ");
	StrPrint(s1);
	i = StrLength(s1);
	p = (int*)malloc((i + 1)*sizeof(int));
	get_next(s1, p);
	printf("Next为: ");
	NextPrint(p, StrLength(s1));
	printf("\n");
	StrAssign(s1, "abcabx");
	printf("子串为: ");
	StrPrint(s1);
	i = StrLength(s1);
	p = (int*)malloc((i + 1)*sizeof(int));
	get_next(s1, p);
	printf("Next为: ");
	NextPrint(p, StrLength(s1));
	printf("\n");
	StrAssign(s1, "ababaaaba");
	printf("子串为: ");
	StrPrint(s1);
	i = StrLength(s1);
	p = (int*)malloc((i + 1)*sizeof(int));
	get_next(s1, p);
	printf("Next为: ");
	NextPrint(p, StrLength(s1));
	printf("\n");
	StrAssign(s1, "aaaaaaaab");
	printf("子串为: ");
	StrPrint(s1);
	i = StrLength(s1);
	p = (int*)malloc((i + 1)*sizeof(int));
	get_next(s1, p);
	printf("Next为: ");
	NextPrint(p, StrLength(s1));
	printf("\n");
	StrAssign(s1, "ababaaaba");
	printf("   子串为: ");
	StrPrint(s1);
	i = StrLength(s1);
	p = (int*)malloc((i + 1)*sizeof(int));
	get_next(s1, p);
	printf("   Next为: ");
	NextPrint(p, StrLength(s1));
	get_nextval(s1, p);
	printf("NextVal为: ");
	NextPrint(p, StrLength(s1));
	printf("\n");
	StrAssign(s1, "aaaaaaaab");
	printf("   子串为: ");
	StrPrint(s1);
	i = StrLength(s1);
	p = (int*)malloc((i + 1)*sizeof(int));
	get_next(s1, p);
	printf("   Next为: ");
	NextPrint(p, StrLength(s1));
	get_nextval(s1, p);
	printf("NextVal为: ");
	NextPrint(p, StrLength(s1));
	printf("\n");
	StrAssign(s1, "00000000000000000000000000000000000000000000000001");
	printf("主串为: ");
	StrPrint(s1);
	StrAssign(s2, "0000000001");
	printf("子串为: ");
	StrPrint(s2);
	printf("\n");
	printf("主串和子串在第%d个字符处首次匹配（朴素模式匹配算法）\n", Index(s1, s2, 1));
	printf("主串和子串在第%d个字符处首次匹配（KMP算法） \n", Index_KMP(s1, s2, 1));
	printf("主串和子串在第%d个字符处首次匹配（KMP改良算法） \n", Index_KMP1(s1, s2, 1));
	return 0;
}

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