数据结构《第4章 串存储与基本操作的实现》

实验日期2010.5.10 教师签字成绩实验报告【实验名称】第四章串的基本操作及应用【实验目的】1、熟悉将算法转换成程序代码的过程。

2、了解串的逻辑结构特性，熟练掌握串顺序存储结构的C 语言描述方法。

3、熟练掌握串的基本操作：求长度、串的连接、插入、删除等，掌握串的存取特性。

【实验原理】1.串可以可以有三种存储方式，分别为顺序存储、堆分配存储、链式存储，串的基本操作在这三种存储方式下操作。

2.串的模式匹配KMP算法在每一趟匹配过程中出现字符不等时，不需回溯指针，而是利用已经得到的部分匹配结果的结果将模式向右滑动尽可能远的一段距离，继续进行比较。

【实验内容】1.串的顺序存储表示及基本操作（插入、删除、求串长、合并连接串、求子串、串比较等）#include<stdio.h>#include<iostream.h>#include<malloc.h>#include<string.h>#define SIZE 20struct HString{char ch[SIZE];int length;};void StrInsert(HString &s,int pos,HString t){int i,j;if(pos<1||pos>s.length+1)cout<<"ERROR!";if(t.length){for(i=s.length-1;i>=pos-1;--i)s.ch[i+t.length]=s.ch[i];for(j=0;j<=t.length-1;j++)s.ch[pos-1+j]=t.ch[j];s.length+=t.length;}}void StrDelete(HString &s,int pos,int len){int i;int v=pos-1;if(pos<1||pos>s.length||len<0||len>s.length-pos+1)cout<<"ERROR!";for(i=pos+len-1;i<=s.length-1;i++)s.ch[v++]=s.ch[i];s.length-=len;}void StrAssign(HString &t,char chars[]){int i;char *c;for(i=0,c=chars;*c;++i,++c);if(!i){t.length=0;}else{for(int j=0;j<i;j++)t.ch[j]=chars[j];t.length=i;}}int StrLen(HString &s){return s.length;}int StrCompare(HString &s,HString t){for(int i=0;i<s.length&&i<t.length;i++){if(s.ch[i]!=t.ch[i])return (int)(t.ch[i]-s.ch[i]);}return s.length-t.length;}void Concat(HString &t,HString s1,HString s2){int i=s1.length+s2.length;for(i=0;i<s1.length;i++)t.ch[i]=s1.ch[i];t.length=s1.length+s2.length;for(i=s1.length;i<t.length;i++)t.ch[i]=s2.ch[i-s1.length];}int SubString(HString &sub,HString s,int pos,int len) {if(pos<1||pos>s.length||len<0||len>s.length-pos+1) {cout<<"ERROR!"<<endl;return 0;}if(!len){sub.length=0;}else{int i=len;for(i=0;i<len;i++)sub.ch[i]=s.ch[pos+i-1];sub.length=len;}}void Display(HString &t){for(int i=0;i<=t.length-1;i++)cout<<t.ch[i];cout<<endl;}void main(){int i;char s[20];do{cout<<"选择您要进行的串的基本操作:"<<endl;cout<<"1.插入"<<endl<<"2.删除"<<endl<<"3.串连结"<<endl<<"4.取子串"<<endl<<"5.串比较"<<endl<<"6.求串长"<<endl<<"7.结束"<<endl;cin>>i;switch(i){case 1:{HString s,t;int pos;cout<<"请输入串s:";cin>>s.ch;StrAssign(s,s.ch);cout<<endl;cout<<"请输入要插入的串t:";cin>>t.ch;StrAssign(t,t.ch);cout<<endl;cout<<"请输入你所要插入的位置:";cin>>pos;StrInsert(s,pos,t);cout<<"插入之后串变为:";Display(s);break;}case 2:{HString s;int pos,len;cout<<"请输入串s:";cin>>s.ch;StrAssign(s,s.ch);cout<<"请输入你所要删除串的首位置为:";cin>>pos;cout<<"请输入你需要删除的串的长度:";cin>>len;StrDelete(s,pos,len);cout<<"删除之后串变为:";Display(s);break;}case 3:{HString s1,s2,t;cout<<"请输入串s1:";cin>>s1.ch;StrAssign(s1,s1.ch);cout<<"请输入串s2:";cin>>s2.ch;StrAssign(s2,s2.ch);Concat(t,s1,s2);cout<<"s1与s2合并后的串为:";Display(t);break;}case 4:{HString sub,s;int pos,len;cout<<"请输入主串s:";cin>>s.ch;StrAssign(s,s.ch);cout<<"请输入所取原串的起始位置pos:";cin>>pos;cout<<"请输入子串的长度len:";cin>>len;SubString(sub,s,pos,len);cout<<"取出的子串为:";Display(sub);break;}case 5:{HString s,t;int value;cout<<"请输入串s:";cin>>s.ch;StrAssign(s,s.ch);cout<<"请输入串t:";cin>>t.ch;StrAssign(t,t.ch);value=StrCompare(s,t);if(value>0) cout<<"串s大于串t"<<endl;else if(value==0) cout<<"串s等于串t"<<endl;else cout<<"串s小于串t"<<endl;cout<<endl;break;}case 6:HString s;char *chars;int val;cout<<"请输入串s:";cin>>s.ch;StrAssign(s,s.ch);val=StrLen(s);cout<<"串的长度为:"<<val<<endl;break;case 7:cout<<"操作结束!"<<endl;break;default:cout<<"输入错误!请重新输入!"<<endl;break;}}while(i!=7);}2.串的堆分配存储表示及基本操作（插入、删除、求串长、合并连接串、求子串、串比较等）#include<stdio.h>#include<iostream.h>#include<malloc.h>#include<string.h>struct HString{char *ch;int length;};void StrInsert(HString &s,int pos,HString t){int i,j;if(pos<1||pos>s.length+1)cout<<"ERROR!";if(t.length){s.ch=(char*)realloc(s.ch,(s.length+t.length)*sizeof(char));for(i=s.length-1;i>=pos-1;--i)s.ch[i+t.length]=s.ch[i];for(j=0;j<=t.length-1;j++)s.ch[pos-1+j]=t.ch[j];s.length+=t.length;}}void StrDelete(HString &s,int pos,int len){int i;int v=pos-1;if(pos<1||pos>s.length||len<0||len>s.length-pos+1)cout<<"ERROR!";for(i=pos+len-1;i<=s.length-1;i++)s.ch[v++]=s.ch[i];s.length-=len;}void StrAssign(HString &t,char *chars){int i;char *c;for(i=0,c=chars;*c;++i,++c);if(!i){t.ch=NULL;t.length=0;}else{t.ch=(char *)malloc(i*sizeof(char));for(int j=0;j<i;j++)t.ch[j]=chars[j];t.length=i;}}int StrLen(HString &s){return s.length;}int StrCompare(HString &s,HString t){for(int i=0;i<s.length&&i<t.length;i++){if(s.ch[i]!=t.ch[i])return (int)(t.ch[i]-s.ch[i]);}return s.length-t.length;}void Concat(HString &t,HString s1,HString s2){int i=s1.length+s2.length;t.ch=(char *)malloc(i*sizeof(char));for(i=0;i<s1.length;i++)t.ch[i]=s1.ch[i];t.length=s1.length+s2.length;for(i=s1.length;i<t.length;i++)t.ch[i]=s2.ch[i-s1.length];}int SubString(HString &sub,HString s,int pos,int len){if(pos<1||pos>s.length||len<0||len>s.length-pos+1){cout<<"ERROR!"<<endl;return 0;}if(!len){sub.ch=NULL;sub.length=0;}else{int i=len;sub.ch=(char *)malloc(i*sizeof(char));for(i=0;i<len;i++)sub.ch[i]=s.ch[pos+i-1];sub.length=len;}}void Display(HString &t){for(int i=0;i<=t.length-1;i++)cout<<t.ch[i];cout<<endl;}void main(){int i;char s[20];cout<<"选择您要进行的串的基本操作:"<<endl;do{cout<<"1.插入"<<endl<<"2.删除"<<endl<<"3.串连结"<<endl<<"4.取子串"<<endl<<"5.串比较"<<endl<<"6.求串长"<<endl<<"7.结束"<<endl;cin>>i;switch(i){case 1:{HString s,t;char a[20],b[20];char *sa,*sb;int pos;cout<<"请输入串s:";cin>>a;sa=a;StrAssign(s,sa);cout<<endl;cout<<"请输入要插入的串t:";cin>>b;sb=b;StrAssign(t,sb);cout<<endl;cout<<"请输入你所要插入的位置:";cin>>pos;StrInsert(s,pos,t);cout<<"插入之后串变为:";Display(s);break;}case 2:{HString s;char str[20];char *chars;int pos,len;cout<<"请输入串s:";cin>>str;chars=str;StrAssign(s,chars);cout<<"请输入你所要删除串的首位置为:";cin>>pos;cout<<endl;cout<<"请输入你需要删除的串的长度:";cin>>len;cout<<endl;StrDelete(s,pos,len);cout<<"删除之后串变为:";Display(s);break;}case 3:{HString s1,s2,t;char a[20],b[20];char *sa,*sb;cout<<"请输入串s1:";cin>>a;sa=a;StrAssign(s1,sa);cout<<"请输入串s2:";cin>>b;sb=b;StrAssign(s2,sb);Concat(t,s1,s2);cout<<"s1与s2合并后:";Display(t);break;}case 4:{HString sub,s;char a[20];char *sa;int pos,len;cout<<"请输入主串s:";cin>>a;sa=a;StrAssign(s,sa);cout<<"请输入所取原串的起始位置pos:";cin>>pos;cout<<"请输入子串的长度len:";cin>>len;SubString(sub,s,pos,len);cout<<"该子串为:";Display(sub);break;}case 5:{HString s,t;int value;char a[20],b[20];char *sa,*sb;cout<<"请输入串s:";cin>>a;sa=a;StrAssign(s,sa);cout<<"请输入串t:";cin>>b;sb=b;StrAssign(t,sb);value=StrCompare(s,t);if(value>0) cout<<"串s大于串t"<<endl;else if(value==0) cout<<"串s等于串t"<<endl;else cout<<"串s小于串t"<<endl;cout<<endl;break;}case 6:HString s;char str[20];char *chars;int val;cout<<"请输入串s:";cin>>str;chars=str;StrAssign(s,chars);val=StrLen(s);cout<<"串的长度为:"<<val<<endl;break;case 7:cout<<"操作结束!"<<endl;break;default:cout<<"输入错误!请重新输入!"<<endl;break;}}while(i!=7);3.KMP算法的C实现#include<iostream.h>#include<malloc.h>#include<string.h>struct HString{char *ch;int length;};void StrAssign(HString &t,char *chars){int i;char *c;for(i=0,c=chars;*c;++i,++c);if(!i){t.ch=NULL;t.length=0;}else{t.ch=(char *)malloc(i*sizeof(char));for(int j=0;j<i;j++)t.ch[j]=chars[j];t.length=i;}}void get_next(HString s,int next[]){int i,j;i=1;j=0;next[1]=0;while(i<s.length){if(j==0||s.ch[i-1]==s.ch[j-1]){i++;j++;next[i]=j;}else j=next[j];}for(i=1;next[i]!='\0';i++)cout<<next[i]<<" ";}int Index(HString s,HString t,int pos){int i=pos;int j=1;int next[20];get_next(t,next);while(i<=s.length&&j<=t.length){if(s.ch[i-1]==t.ch[j-1]||j==0){ ++i;++j;}else{j=next[j];}}if(j>t.length)return i-t.length;else return 0;}void Display(HString t){for(int i=0;i<t.length;i++)cout<<t.ch[i];cout<<endl;}void main(){ HString s,t;int pos,k;char a[20],b[20];char *sa,*sb;cout<<"请输入主串s:";cin>>a;sa=a;StrAssign(s,sa);cout<<"请输入模式串t:";cin>>b;sb=b;StrAssign(t,sb);cout<<"请输入起始位置pos:";cin>>pos;k=Index(s,t,pos);if(k==0)cout<<"匹配失败!"<<endl<<endl;else{cout<<"从第"<<k<<"个位置开始匹配"<<endl;Display(s);for(int i=1;i<k;i++)cout<<" ";Display(t);}}【小结讨论】1. 此程序关键在于位置查询，由于对C语言函数的陌生导致问题变的繁琐，自己的C语言水平有待提高。

第四章串存储与基本操作的实现本章学习要点◆熟悉串的相关概念以及串与线性表的关系◆重点掌握串的定长存储、堆分配存储的表示方法与基本操作的实现◆了解串的各种存储结构，能根据需要合理选用串的存储结构解决实际问题“串”(string)，是字符串的简称，它是一种特殊的线性表，其特殊性在于组成线性表的数据元素是单个字符。

字符串在计算机处理实际问题中使用非常广泛，比如人名、地名、商品名、设备名等均为字符串。

同样在文字编辑、自然语言理解和翻译、源程序的编辑和修改等方面，都离不开对字符串的处理。

4.1串的基本概念4.1.1串的概念1．串的定义串（string）是由n个字符组成的有限序列，记为：S=”a0a1a2…a n-1” (n≥0)。

其中，S是串的名字，字符序列a0a1a2…a n-1是串的值，a i(0≤i≤n-1)可以是字母、数字或其他字符元素；由于在C语言系统中数组元素的下标是从0开始的，所以串中所含元素的序号等于该元素的下标值加1；串中所含字符的个数n称为该串的长度，长度为0的字符串称为空串（null string）。

从串的定义可以看出，串实际上是数据元素为字符的特殊的线性表。

例如：（1）A=“X123” (长度为4的串)（2）B=“12345654321” (长度为11的串)（3）C=“Bei Jing” (长度为8的串)（4）D=“” (长度为0的空串)（5）E=“This is a string” (长度为16的串)（6）F=“ is a ” (长度为6的串)2．子串、主串和位置串中任意连续的字符组成的子序列称为该串的子串；相应地，包含子串的串称为主串。

串中的字符在串序列中的序号称为该字符在该串中的位置；子串的第一个字符在主串中的位置称为子串在主串中的位置。

显然，串为其自身的子串，并规定空串为任何串的子串。

显然，在不考虑空子串的情况下，一个长度为n的字符串具有n(n+1)/2个子串。

例如：在上例的(6)中串F就是(5)中串E的子串，且子串F在主串E中的位置是5。

数据结构第四章串在数据结构的世界里，串是一种非常基础且重要的结构。

它看似简单，却在很多实际的程序设计和应用中发挥着关键作用。

串，简单来说，就是由零个或多个字符组成的有限序列。

这就好比我们日常生活中的一句话、一段文字或者一个密码。

从存储方式上来看，串可以采用顺序存储和链式存储两种方式。

顺序存储就像是把一串珠子穿在一根线上，珠子依次排列，位置固定。

在计算机中，我们可以用一个连续的数组来存储串中的字符。

这种方式简单直观，访问速度快，但存在着一些局限性。

比如说，如果我们事先不知道串的长度，可能会造成存储空间的浪费或者不足。

相比之下，链式存储则更加灵活。

它就像把珠子用链条串起来，每个珠子（也就是字符）都有一个指针指向下一个珠子。

这样，即使在插入或删除字符时，也不需要像顺序存储那样进行大量的数据移动。

但是，链式存储的缺点是访问速度相对较慢，因为需要通过指针依次查找。

接下来，让我们看看串的一些基本操作。

串的比较是经常会用到的操作。

比较两个串的大小，不能像比较数字那样简单地直接比较，而是要从串的第一个字符开始，逐个字符进行比较。

如果在某个位置上的字符不同，那么 ASCII 码值大的那个串就更大；如果前面的字符都相同，但是一个串先结束了，那么长度短的串就更小。

串的连接也是常见的操作。

想象一下把两段绳子接在一起，就形成了一个更长的绳子。

串的连接也是类似的道理，把两个串首尾相连，形成一个新的串。

但在实际操作中，要注意存储空间的分配，确保有足够的空间来容纳连接后的串。

还有串的子串操作。

比如说，从一篇文章中截取一段文字，这就是获取一个子串。

在程序中，我们需要明确指定子串的起始位置和长度，才能准确地获取到所需的部分。

串的模式匹配更是一个重要的应用。

这就像是在一篇长篇小说中寻找特定的关键词或者短语。

最常见的模式匹配算法有朴素模式匹配算法和 KMP 算法。

朴素模式匹配算法比较直接，就是从主串的开头逐个字符与模式串进行匹配。

而 KMP 算法则通过对模式串进行预处理，利用已经匹配的部分信息，减少不必要的比较，从而提高匹配的效率。

06《数据结构》第四章串数据结构北京邮电大学信息安全中心武斌母版副本12上章内容上一章（栈和队列）内容：.掌握栈和队列这两种抽象数据类型的特点.熟练掌握栈类型的两种实现方法.熟练掌握循环队列和链队列的基本操作实现算法.理解递归算法执行过程中栈的状态变化过程母版副本13本次课程学习目标.理解“串”类型定义中各基本操作的特点.能正确利用这些特点进行串的其它操作.理解串类型的各种存储表示方法.理解串匹配的各种算法学习完本次课程，您应该能够：母版副本14本章课程内容（第四章串）4.1 串类型的定义4.2 串的表示和实现4.3 串的模式匹配算法4.4 串操作应用举例dian3dian3dian3dian3母版副本15第四章串.串即字符串，是计算机非数值处理的主要对象之一。

在早期的程序设计语言中，串仅作为输入和输出的常量出现。

.随着计算机应用的扩展，需要在程序中进行对“串”的操作，从而使众多编程语言增加了串类型，以便程序员可以在程序中对“串变量”进行操作。

.现今使用的计算机的硬件结构主要是面向数值计算的需要，基本上没有提供对串进行操作的指令。

.因此需要用软件来实现串数据类型。

而且，在不同的应用中，所处理的串具有不同的特点，为有效地实现串的操作，需要根据具体情况使用合适的存储结构。

母版副本16串的类型定义4.1 串的类型定义4.2 串的表示和实现4.3 串的模式匹配算法4.4 串操作应用举例diandian3dian3dian3母版副本17串的类型定义.串(String)是零个或多个字符组成的有限序列。

一般记作S=“a1a2a3…an”，其中S是串名，双引号括起来的字符序列是串值；ai(1≦i≦n)可以是字母、数字或其它字符；串中所包含的字符个数称为该串的长度。

长度为零的串称为空串(EmptyString)，它不包含任何字符。

.通常将仅由一个或多个空格组成的串称为空格串(BlankString)。

.注意：空串和空白串的不同，例如“”和“”分别表示长度为1的空格串和长度为0的空串。

数据结构-第四章串串也叫字符串，它是由零个或多个字符组成的字符序列。

基本内容1 串的有关概念串的基本操作2 串的定长顺序存储结构，堆分配存储结构；3 串的基本操作算法；4 串的模式匹配算法;5 串操作的应⽤。

学习要点1 了解串的基本操作，了解利⽤这些基本操作实现串的其它操作的⽅法；2 掌握在串的堆分配存储结构下，串的基本操作算法；3 掌握串的模式匹配算法；第四章串 4.1 串的基本概念4.2 串存储和实现4.3 串的匹配算法4.4 串操作应⽤举例第四章串 4.1 串的基本概念 4.2 串存储和实现 4.3 串的匹配算法 4.4 串操作应⽤举例第四章串4.1 串的基本概念 4.2 串存储和实现 4.3 串的匹配算法 4.4 串操作应⽤举例4. 1 串类型的定义⼀、串的定义1 什么是串串是⼀种特殊的线性表，它是由零个或多个字符组成的有,a2, a3, ... a n’限序列，⼀般记作s = ‘a1其中 s----串名， a1,a2, a3, ... a n----串值串的应⽤⾮常⼴泛，许多⾼级语⾔中都把串作为基本数据类型。

在事务处理程序中，顾客的姓名、地址；货物的名称、产地。

可作为字符串处理，⽂本⽂件中的每⼀⾏字符等也可作为字符串处理。

下⾯是⼀些串的例⼦：（1）a = ‘ LIMING’（2）b = ‘NANJING UNIVERSITY OF SCIENCE &TECHNOLOGY’（3）c = ‘ DATA STRUCTURE’（4）d = ‘’说明：1) 串中包含的字符个数，称为串的长度。

长度为0的串称为空串，它不包括任何字符，上⾯（4）中的串d 是空串,(5)中的e 是包含⼀个空格符的空格串；2）串中所包含的字符可以是字母、数字或其他字符，这依赖于具体计算机所允许的字符集。

2 串的有关术语1）⼦串串中任意连续的字符组成的⼦序列称为该串的⼦串例：c = ‘ DATA STRUCTURE’，f=‘DATA’ f是c的⼦串2）⼦串的位置⼦串T 在主串S中的位置是指主串S中第⼀个与T相同的⼦串的⾸字母在主串中的位置。