数据结构篇——串（String）

一、引入

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        在计算机中的处理的数据内容大致可分为以整形、浮点型等的数值处理和字符、字符串等的非数值处理。

        今天我们主要学习的就是字符串数据。本章主要围绕“串的定义、串的类型、串的结构及其运算”来进行串介绍与学习。

二、串的定义

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2.1、串的基本定义

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        串（string）是由零个或多个字符组成的有限序列，也是一种内容受限的线性表。其特殊性体现在数据元素是一个字符。一般表示为：

S="abcdefg";

        其中，S是串的名，双引号内元素的个数为串的长度，0个元素的串被称为空串，其长度为0；

Tips：字符串中的“空格”也算是串的一个元素，当一个串的元素只有空格时，这个串称为“空格串”

2.2、子串以及串相等的条件

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        在一个串中，任意几个连续字符所组成的序列称之为该串的子串，包含子串的串叫做主串。子串在主串中的位置通常用子串的第一个字符在主串中的位置表示。

        例如下图的四个串：

 

        它们的长度分别为3、4、7、8.且a、吧、都是c和d的子串。其中a在c、d中的位置都是1.而b在c中的位置为4，在d中的位置为5。

        那么，怎么判断两个串是否相等呢？一般来说，只有当两个串的长度相等且各个位置对应的字符都相等时才相等。像上图中的a、b、c、d彼此都不相等。

三、串的类型定义和储存结构

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3.1、串的类型定义与基本操作

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        串的逻辑结构与先信标相似，但其基本操作的对象却有较大的区别。串的操作主要集中在“子串”这样的一个部分整体而不是单个元素。

其常见的基本操作如下：

函数	初始条件	操作结果
StrAssign(&T,chars)	chars是字符串常量	生成一个其值等于chars的串T
StrCopy(&T,S)	串S存在	由串S复制得到串T
StrEmpty(S)	串S存在	判断串S是否为空串
StrCompare(S,T)	串S、T存在	比较S、T的大小。分别返回>0、=1、<0的值
StrLength	串S存在	返回串S的长度（元素个数）
ClearString	串S存在	将S清为空串
Concat(&T,s1,s2)	串s1、s2存在	将s1、s2拼接并由T返回
SubString(&Sub,S,pos,len)	串S存在，1<=pos<=StrLength(S)且0<=len<=StrLength(S)-pos+1	用sub返回串S的第pos个字符起长度为len的子串
Index(S,T,pos)	串S、T存在，T非空串，1<=pos<=StrLength(S).	若S、T中有相同的子串，则返回它在主串S中的第pos个字符后第一次出现的位置，否则返回0
Replace(&s,T,V)	串S、T存在，T非空串	用V替换主串S中出现的所有与T相等的不重叠子串
StrInsert(&S,pos,T)	串S、T存在，1<=pos<=StrLength(S)+1.	在串S的第pos个字符前插入串T
StrDelete(&S,pos,len)	串S存在，1<=pos<=StrLength(S)-len+1	从S中删除第pos个字符起长度为len的子串
DestoryString(&S)	串S存在	销毁串S

3.2、串的储存结构 

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        同其他数据结构一样，串也是有着最为常见的两种储存结构——顺序和链式。但考虑到存储效率和算法方便性，串多采用链式存储。

3.2.1、顺序存储

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1、定长顺序存储：

        类似于线性表，用一组地址连续的存储单元存储串值的字符序列，按照预定义的大小，为每个串变量分配一个固定长度的存储区。则可用定长数组如下表示：

#define MAXLEN 255    //定义串的最大长度
typedef struct{char ch[MAXLEN+1];    //存储串的一维数组int length;            //记录串的长度
} SSting;

        但这种存储方式如同它的名字一样，是存储长度是固定的。串的实际长度只能小于等于MAXLEN，超过预定义长度的串值会被舍去，称为截断。串长有两种表示方法: 一是如上述定义描述的那样，用一个额外的变量len来存放串的长度;二是在串值后面加一一个不计入串长的结束标记字符“\0”，此时的串长为隐含值。

        但是现实生活中所遇到的数据长度都是不固定的。这时候内存的动态分布就显得格外重要。这时候就印出了一个新的顺序存储结构——堆分配存储。

2、堆分配存储：

        在c语言中存在一个称之为堆（Heap）的自由存储区，可以为每个新产生的串动态分配一块实际串长所需要的存储空间，若分配成功，则返回指向起始地址的指针作为串的基址，同时为了方便处理，约定串长也作为存储结构的一部分。定义如下：

typedef struct{char *ch;    //若是非空串，则按串长分配存储区，否则ch为NULLint length;
}HString;

 3.2.2、链式存储

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        在顺序串中，我们发现，如果对其进行插入或者删除操作就显得十分麻烦。而链表结构在这方面就刚好能弥补这个弊端。但由于串的特殊性——结构中的每一个数据元素是一个字符，所以存在一个问题——每个结点中可以只存放一个字符，也可以存放多个字符。如图所示

 

        所以，当结点大小大于1时，由于串长不一定是结点大小的整数倍，所以链表中最后一个结点不一定全被串值占满。此时通常补上“#”或其他非串值字符。

        为了操作方便，当以链表存储串值的时候，除头指针外，还可附设一个尾指针指示链表中的最后一个结点，并给出当前串的长度。说明如下：

#define CHUNKSIZE 80        //定义块大小//定义结点结构
typedef struct Chunk{char ch[CHUNKSIZE];struct Chunk *next;
}Chunk;typedef struct{Chunk *head,*tail;    //串的头尾指针int length;        //串的长度
}LString

        串值的链式存储结构对某些串操作有一定的方便之处，但总体来说，不如顺序结构灵活。它占用存储量大且操作复杂。

四、小结 

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        本文主要介绍了串的定义及其存储结构。涉及到的串的匹配算法相对比较重要，所以将单独发布来学习。

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