【408考点之数据结构】串的定义和实现_计算机串是什么意思

串的定义和实现

在数据结构中，串（String）是一种重要的数据类型，用于表示字符序列。串的定义和实现涵盖了字符的存储、基本操作及其在计算机科学中的应用。

一、串的定义

串是由零个或多个字符组成的有限序列，通常用一对双引号括起来。例如，"hello"和"world"都是串。在计算机中，串主要有以下几种表示方式：

1. 定长顺序存储表示：使用固定长度的数组存储串。如果串的实际长度小于数组长度，则剩余部分用特定字符（通常是空字符'\0'）填充。
2. 变长顺序存储表示：使用变长数组或动态数组存储串，允许串的长度动态变化。
3. 链式存储表示：使用链表存储串中的字符，每个节点存储一个字符及其指针。

二、串的基本操作

串的基本操作包括串的创建、销毁、复制、连接、比较、子串提取、模式匹配等。

1. 串的创建和销毁：

   • 创建串时，需要为串分配存储空间并初始化。
   • 销毁串时，需要释放串所占用的存储空间。

2. 串的复制：

   • 将一个串的内容复制到另一个串中。

3. 串的连接：

   • 将两个串连接成一个新的串。

4. 串的比较：

   • 比较两个串的大小，通常按字典顺序比较。

5. 子串提取：

   • 从一个串中提取出一个子串。

6. 模式匹配：

   • 在一个串中查找另一个串（模式）的出现位置。

三、串的实现

以下是C语言中串的基本操作的实现示例。

1. 串的创建和销毁

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

// 创建串
char* createString(const char* str) {
    char* newStr = (char*)malloc(strlen(str) + 1);
    if (newStr != NULL) {
        strcpy(newStr, str);
    }
    return newStr;
}

// 销毁串
void destroyString(char* str) {
    free(str);
}

int main() {
    char* str = createString("hello");
    printf("String: %s\n", str);
    destroyString(str);
    return 0;
}
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2. 串的复制

// 复制串
char* copyString(const char* str) {
    char* newStr = (char*)malloc(strlen(str) + 1);
    if (newStr != NULL) {
        strcpy(newStr, str);
    }
    return newStr;
}

int main() {
    char* str1 = createString("hello");
    char* str2 = copyString(str1);
    printf("Original String: %s\n", str1);
    printf("Copied String: %s\n", str2);
    destroyString(str1);
    destroyString(str2);
    return 0;
}
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3. 串的连接

// 连接串
char* concatenateString(const char* str1, const char* str2) {
    char* newStr = (char*)malloc(strlen(str1) + strlen(str2) + 1);
    if (newStr != NULL) {
        strcpy(newStr, str1);
        strcat(newStr, str2);
    }
    return newStr;
}

int main() {
    char* str1 = createString("hello");
    char* str2 = createString("world");
    char* str3 = concatenateString(str1, str2);
    printf("Concatenated String: %s\n", str3);
    destroyString(str1);
    destroyString(str2);
    destroyString(str3);
    return 0;
}
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4. 串的比较

// 比较串
int compareString(const char* str1, const char* str2) {
    return strcmp(str1, str2);
}

int main() {
    char* str1 = createString("apple");
    char* str2 = createString("banana");
    int result = compareString(str1, str2);
    if (result < 0) {
        printf("String1 is less than String2\n");
    } else if (result > 0) {
        printf("String1 is greater than String2\n");
    } else {
        printf("String1 is equal to String2\n");
    }
    destroyString(str1);
    destroyString(str2);
    return 0;
}
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5. 子串提取

// 提取子串
char* substring(const char* str, int pos, int len) {
    if (pos + len > strlen(str)) {
        len = strlen(str) - pos;
    }
    char* subStr = (char*)malloc(len + 1);
    if (subStr != NULL) {
        strncpy(subStr, str + pos, len);
        subStr[len] = '\0';
    }
    return subStr;
}

int main() {
    char* str = createString("hello world");
    char* subStr = substring(str, 6, 5);
    printf("Substring: %s\n", subStr);
    destroyString(str);
    destroyString(subStr);
    return 0;
}
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6. 模式匹配

// 模式匹配
int findSubstring(const char* str, const char* pattern) {
    char* pos = strstr(str, pattern);
    if (pos != NULL) {
        return pos - str;
    }
    return -1;
}

int main() {
    char* str = createString("hello world");
    char* pattern = createString("world");
    int index = findSubstring(str, pattern);
    if (index != -1) {
        printf("Pattern found at index: %d\n", index);
    } else {
        printf("Pattern not found\n");
    }
    destroyString(str);
    destroyString(pattern);
    return 0;
}
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串（String）是表示字符序列的重要数据类型。通过理解串的定义和实现，我们可以更好地进行字符串操作，包括创建、销毁、复制、连接、比较、子串提取和模式匹配等。C语言提供了丰富的库函数，可以方便地实现这些操作。在实际应用中，选择合适的串表示方式和实现方法，可以有效提高程序的性能和内存利用率。