串的数据结构表——顺序串与链式串

Posted 2020-09-22 晓乎

　　串的结构类似与线性表，只不过串的数据元素是一个字符，即是由零个或多个字符组成的有限序列。

一、串的顺序存储

　　串的顺序存储结构也就是顺序存储，即串中的字符被依次的存在一组连续的存储单元中，可以类比线性表的顺序存储，可以写出其数据结构如下：

typedef struct st
{
	char *ch;		//串存放的起始地址，串中第i个字符存储在ch[i-1]中
	int length;		//串的长度
	int strsize;	//分配的存储空间的大小，如果不足，在通过realloc()分配增加空间
}string;

　　 假设现在的字符串是“friend”，其结构可以用如图所示：

　　

　　现在我们拿到这个数据结构第一步是要初始化一个串，即首先在内存中开辟一段连续的存储空间（大小可以假先预定MAXSIZE个存储空间），初始化其长度length为0，同时制定其串的最大容量是MAXSZIE，如下：

//串的初始化操作
string CreateNullString()
{
	string s;
	s.length=0;
	s.ch=(char*)malloc(MAXSIZE *sizeof(char));
	s.strsize=MAXSIZE;
	return s;
}

　初始化完成之后，我们可以类比顺序表，对串完成一系列操作，如串拷贝、取子串、串赋值等，

　程序示例如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#define MAXSIZE 100

typedef struct st
{
	char *ch;		//串存放的起始地址，串中第i个字符存储在ch[i-1]中
	int length;		//串的长度
	int strsize;	//分配的存储空间的大小，如果不足，在通过realloc()分配增加空间
}string;

//串的初始化操作
string CreateNullString()
{
	string s;
	s.length=0;
	s.ch=(char*)malloc(MAXSIZE *sizeof(char));
	s.strsize=MAXSIZE;
	return s;
}

//判断空串
int isEmpty(string s)
{
	if(s.length==0)
		return 1;
	else
		return 0;
}

//赋值操作
void StringAssign(string *s1,char s2[])
{
	int i=0;
	while(s2[i]!=\'\\0\')	// \'\\0\' 是字符串的结束符，任何字符串之后都会自动加上\'\\0\'
		i++;			//计算s2的长度
	if(i>s1->strsize)
	{
		//所赋值的字符数组超过字符串的默认容量，则增加存储空间
		s1->ch=(char*)malloc(i*sizeof(char));
		s1->strsize=i;
	}
	s1->length=i;
	for(i=0;i<s1->length;i++)
		s1->ch[i]=s2[i];	//从第一个字符开始逐个字符赋值
}

//串拷贝操作
void StringCopy(string *s1,string s2)
{
	if(s1->strsize<s2.length)
	{
		s1->ch=(char*)realloc(s1->ch,s2.length*sizeof(char));
		s1->strsize=s2.length;
	}
	s1->length=s2.length;
	int i;
	for(i=0;i<s1->length;i++)
		s1->ch[i]=s2.ch[i];
}

//求串的长度
int StringLength(string s)
{
	return s.length;
}

//串的连接操作
void concat(string *s,string s1,string s2)
{
	if(s->strsize<s1.length+s2.length)
	{
		s->ch=(char*)realloc(s->ch,(s1.length+s2.length)*sizeof(char));
		s->strsize=s1.length+s2.length;
	}
	s->length=s1.length+s2.length;		//两串连接
	int i;
	for(i=0;i<s1.length;i++)			//将s1复制到s中
		s->ch[i]=s1.ch[i];
	for(;i<s->length;i++)
		s->ch[i]=s2.ch[i-s1.length];	//将s2复制到s中去
}

//取子串操作
int substr(string s,int i,int len,string *t)
{
	/*
		i表示从字符串s的第i个位置开始截取（索引从1开始）
		len表示截取字符串的长度
	*/
	if(i<=0 || i>s.length  || len<0 || len>s.length-i+1)	//参数不合法	
		return 0;
	if(t->length<len)	//存储空间不够，继续分配存储空间
	{
		t->ch=(char*)realloc(t->ch,len*sizeof(char));
		t->strsize=len;
	}
	t->length=len;
	int k;
	for(k=0;k<t->length;k++)
		t->ch[k]=s.ch[i-1+k];
	return 1;
}

//插入操作
int insertString(string *s,int i,string t)
{
	//在字符串s的第i个位置插入字符串t
	if(i<=0 || i>s->length+1)
		return 0;
	if(s->strsize<s->length+t.length)	//空间不足
	{
		s->ch=(char*)realloc(s->ch,(s->length+t.length)*sizeof(char));
		s->strsize=s->length+t.length;
	}
	int k;
	for(k=s->length-1;k>=i-1;k--)	//将s中的后i个字符后移到后面
		s->ch[k+t.length]=s->ch[k];
	s->length=s->length+t.length;
	for(k=0;k<t.length;k++)				//将t的值赋值给s
		s->ch[k+i-1]=t.ch[k];
	return 1;
}

//删除操作
int deleteString(string *s,int i,int len)
{
	//从s的第i个字符开始删除len个字符
	if(i<=0 || i>s->length  || len<0 || len>s->length-i+1)	//参数不合法	
		return 0;
	int k;
	for(k=i+len-1;k<s->length;k++)	//从s的i+len-1个位置开始将其后的所有字符前移
		s->ch[k-len]=s->ch[k];
	s->length-=len;
	return 1;
}

//输出操作
void print(string s)
{
	int i;
	for(i=0;i<s.length;i++)
		printf("%c",s.ch[i]);
	printf("\\n");
}

void main()
{
	string s1=CreateNullString();
	string s2=CreateNullString();
	string s3=CreateNullString();
	char ch[MAXSIZE];
	printf("请输入主串：\\n");
	gets(ch);
	StringAssign(&s1,ch);
	printf("主串 s1 为：");
	print(s1);
	StringCopy(&s2,s1);
	printf("拷贝串操作结果如下，结果如下 s2 ：");
	print(s2);
	printf("删除操作（1——s1.length-3 全删）：");
	deleteString(&s2,1,s1.length-3);
	print(s2);
	printf("插入操作,插入到s2的第2个位置上，请输入插入的字符串：");
	gets(ch);
	StringAssign(&s3,ch);
	insertString(&s2,2,s3);
	print(s2);
	printf("取子串操作（取s1的子串【2-4】)：");
	substr(s1,2,3,&s3);
	print(s3);
	printf("串连接操作【将s1与s3合并】：");
	concat(&s1,s1,s2);
	print(s1);
}

　　结果如下：

 

---

 

二、串的链式存储

　　串的链式存储结构称为串的链式存储，即串中的每一个节点包括两个部分：数据域和指针域，其中数据域用来存放字符，指针域用来存放指向下一个节点的指针。

　　由此可得串的链式数据结构如下：

typedef struct node
{
	char ch;			//字符域
	struct node *next;  //指针域，存放下一个结点的地址
}node,*linkstr;

　如下所示：

　

 

 其初始化操作主要是开辟头结点，同时让它的下一个指针指向为NULL：

//初始化操作
linkstr CreateNullString()
{	
	linkstr s;
	s=(linkstr)malloc(sizeof(node));
	if(s!=NULL)
		s->next=NULL;
	return s;
}

由此，完整的案例如下：

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

//链式串

typedef struct node
{
	char ch;			//字符域
	struct node *next;  //指针域，存放下一个结点的地址
}node,*linkstr;


//初始化操作
linkstr CreateNullString()
{	
	linkstr s;
	s=(linkstr)malloc(sizeof(node));
	if(s!=NULL)
		s->next=NULL;
	return s;
}

//判断空串
int iEmpty(linkstr s)
{
	if(s->next==NULL)
		return 1;
	else
		return 0;
}

//赋值操作
void Stringassign(linkstr s,char t[])
{
	linkstr p,q,r;
	r=s;		//r始终表示的是尾结点（最后一个非空节点，而不是最后一个NULL节点）。
	q=s->next;
	int i;
	for(i=0;t[i]!=\'\\0\';i++)
		if(q!=NULL)
		{
			q->ch=t[i];
			r=q;
			q=q->next;
		}
		else
		{
			//(初始化时只给头结点分配了存储空间或者其他情况)，如果需要继续添加数据（其他节点没分配空间）需要继续分配
			p=(linkstr)malloc(sizeof(node));
			//添加节点
			p->ch=t[i];
			r->next=p;
			r=p;
		}
		r->next=NULL;
		//将s中原来多余的空间释放掉
		while(q!=NULL)
		{
			p=p->next;
			free(q);
			q=p;
		}
}

//串拷贝操作
void assign(linkstr s,linkstr t)
{
	//将t串的值赋值给s串
	linkstr p,q,r,u;
	p=t->next;
	q=s->next;
	r=s;
	while(p!=NULL)
	{
		//串s原先分配了空间
		if(q!=NULL)
		{
			q->ch=p->ch;
			r=q;
			q=q->next;
		}
		//若串s原先的空间不够用
		else
		{
			u=(linkstr)malloc(sizeof(node));
			u->ch=p->ch;
			r->next=u;
			r=u;
		}
		
		//p节点后移
		p=p->next;
	}
	
	//同理，若q的长度过长，可以释放多余的空间
	while(q!=NULL)
	{
		p=p->next;
		free(q);
		q=p;
	}
	r->next=NULL;
}

//求串的长度
int length(linkstr s)
{
	linkstr p;
	int n=0;
	p=s->next;
	while(p!=NULL)
	{
		n++;
		p=p->next;
	}
	return n;
}

//串的连接操作
void contact(linkstr s,linkstr s1,linkstr s2)
{
	linkstr p,q,r,t;
	r=s;
	p=s1->next;
	q=s->next; 
	while(p!=NULL)
	{
		if(q!=NULL)
		{
			q->ch=p->ch;
			q=q->next;
			r=q;
		}
		else
		{
			//串s原来没有分配存储空间，需要申请空间
			t=(linkstr)malloc(sizeof(node));
			t->ch=p->ch;
			r->next=t;
			r=t;
		}
		p=p->next;
	}
	p=s2->next;
	while(p!=NULL)
	{
		if(q!=NULL)
		{
			q->ch=p->ch;
			q=q->next;
			r=q;
		}
		else
		{
			//串s原来没有分配存储空间，需要申请空间
			t=(linkstr)malloc(sizeof(node));
			t->ch=p->ch;
			r->next=t;
			r=t;
		}
		p=p->next;
	}

	

	//将串s的多余的空间清除掉(这个情况只可能发生在while的if循环中)
	while(q!=NULL)
	{
		p=q->next;
		free(q);
		q=p;
	}
	r->next=NULL;	
	
}

//截取子串
int substr(linkstr s,int i,int len,linkstr t)
{
	linkstr p,q,r,u;
	if(i<=0 || i>length(s) || i+len-1>length(s) )
		return 0;
	//指针指向s的第i-1个位置
	int j,k;
	for(j=0,p=s;j<i;j++)
		p=p->next;
		
	for(k=0,r=t,q=t->next;k<len;k++)
	{
		if(q!=NULL)
		{
			q->ch=p->ch;
			r=q;
			q=q->next;
		}
		else
		{
			u=(linkstr)malloc(sizeof(node));
			u->ch=p->ch;
			r->next=u;
			r=u;
		}
		p=p->next;
	}
	
	while(q!=NULL)
	{	
		p=q->next;
		free(q);
		q=p;
	}
	r->next=NULL;
	return 1;
}


//插入操作
int insert(linkstr s,int i,linkstr t)
{
	linkstr p,q,r;
	if(i<=0 || i>length(s)+1)
		return 0;
	//指向第i-1个位置
	int j;
	for(j=0,p=s;j<i-1;j++)
		p=p->next;
	q=t->next;
	while(q!=NULL)
	{
		r=(linkstr)malloc(sizeof(node));
		r->ch=q->ch;
		r->next=p->next;
		p->next=r;
		q=q->next;
		p=r;

	}
	return 1;
}

//删除操作
int deleteString(linkstr s,int i,int len){
	linkstr p,q,r;
	if(i<=0 || i>length(s) || i+len-1>length(s) )
		return 0;
	int j;
	for(j=0,p=s;j<i-1;j++)
		p=p->next;
	for(j=0;j<len;j++)
	{
		q=p->next;
		p->next=q->next;
		free(q);
	}
	return 1;

}

//打印输出
void print(linkstr s)
{
	 linkstr p=s->next;
	 while(p!=NULL)
	 {
		printf("%c",p->ch);
		p=p->next;
	 }
	 printf("\\n");
}

void main()
{
	linkstr s1;
	linkstr s2;
	linkstr s3;
	s1=CreateNullString();
	s2=CreateNullString();
	s3=CreateNullString();
	char str[100];
	printf("请输入字符串：\\n");
	gets(str);
	Stringassign(s1,str);
	printf("串s1：");
	print(s1);
	printf("串s1的长度为：%d\\n",length(s1));
	assign(s2,s1);
	printf("串s2：");
	print(s2);
	printf("串s2删除操作(第三个位置的三个字符删除 ：");
	deleteString(s2,3,3);
	print(s2);
	printf("串连接操作（s3=s1+s2 ）：");
	contact(s3,s1,s2);
	print(s3);
	printf("插入操作(从s1的第6个位置插入s3)：");
	insert(s1,6,s3);
	print(s1);
	printf("测试截取子串的功能s2（截取s3的第四个位置长度为4的字符串：");
	substr(s3,4,4,s2);
	print(s2);
	printf("测试字Contact的清除过多存储空间的功能：(将两个较短的字符[两个s2]合并写到s1上去：");
	contact(s1,s2,s2);
	print(s1);
}	

　　结果如图：