数据结构课程设计——实现链串的基本功能_实现链串的核心思想,核心思路,核心算法是什么

1. 设计内容与要求

*设置字符串、返回字符串长度和显示内容等功能。能对字符串进行插入、替换、删除、查找和连接等操作。
程序要求：串采用链式存储结构，串结点结构如下:
#define N 4
typedef struct Node
{
char data[N];
struct Node next;
} LianString;
实现（1）中所列的功能
如果链串中的最后一个结点中的字符不足N个，可用’#’补齐
（1）对字符串的操作采用下列菜单形式：
A. 生成字符串
B. 显 示
C. 求字符串长度
D. 字符串插入
E. 字符串替换
F. 字符串删除
G. 字符串查找
H. 字符串的连接
O． 返回
（2） 字符串的输出格式：ABCD->DEFG->123#∧ （当N=4时）

2. 系统分析与设计

本系统设计了一个字符串类Str，将头结点以及相关操作封装进类里。具体实现了生成字符串，显示字符串，求字符串长度，查找字符串，连接字符串等功能。进入系统后，首先要求用户输入一串字符串以初始化（此时正在调用Str类的构造函数），初始化后进入主页面，用户可以选择对字符串的操作:
A. 重建字符串
B. 显示
C. 求字符串长度
D. 字符串插入
E. 字符串替换
F. 字符串删除
G. 字符串查找
H. 字符串连接
O. 返回
下面依次说明实现思路：

A. 重建字符串：

其内容与类的构造函数基本相同，使用getchar()函数，用户每输入一个字符就往结点中传入一个字符（采用头插法），直到用户按下回车键。

B. 显示：

较为容易，即设置一工作结点p对链串扫描一遍，扫描过程中输出对应结点的值

C. 求字符串长度：

类中设置了一个私有变量cnumber，用来存储链串的字符串长度，所以直接返回该值即可

D. 字符串插入：

字符串的插入较为麻烦，我采用了逐个输入字符的方式进行插入。首先用户输入要插入的结点数和第几个字符个数，然后通过getchar逐个获取字符，通过依次将结点字符后挪的方式插入，若结点字符需要挪到下一个结点的第一个字符处，采用设置两个char类型的变量暂存数值，并将指针指向下一个结点。依次实现字符串插入的功能。

E. 字符串替换：

在字符串的中，设置了两种不同的替换方式，一种是替换单个字符，即将字符串中所有的相同字符替换为其他字符，通过逐个查找的方式将需要选取的字符串挑选出来并赋新值，另一种是选取固定的字符串将其替换为需要替换的字符串。

F. 字符串删除：

在字符串的删除中，主要核心思想是算出需要删除的字符串长度，将后面暂时不需要删除的字符串替换到需要删除的字符串处，再把后面无用的字符串结点删掉。这也分两种情况，一种是需要删除的字符个数小于后面剩余的字符个数，另一种则是需要删除的字符个数大于后面剩余的字符个数。

G. 字符串查找：

首先通过动态分配内存，建立一个字符数组存入用户输入的字符串，接着定义两个int型变量i和j（初始值均为零），然后逐个向后匹配，若匹配过程中失败，则i回溯至i-j+1，j回溯至0，重新匹配，直到匹配成功或者匹配无法继续进行。

H. 字符串连接：

首先检验连接前的链串是否能被4整除，若能，则可以直接接着插入结点（类似于构造函数）；若不能，则先在最后一个未填充完毕的结点上赋值，直到填充完毕，再插入新结点（类似于构造函数）

O. 返回：

标志flag赋值为0，从而跳出do{} while(flag)的循环，程序结束

3. 运行结果

3.1进入主界面，先完成对字符串的初始化：

3.2实现字符串的显示功能

3.3实现字符串的重建功能：

3.4实现求字符串的长度功能：

3.5实现字符串的插入功能：

3.6实现字符串的替换功能：

3.6.1替换单个字符

3.6.2替换字符串

3.7实现字符串的删除功能：

3.8实现字符串的查找功能：

查找成功：

3.9实现字符串的连接功能：

4.总结

这一次的课设，我们选择了实现链串的基本功能，通过对题目的整体分析之后，我们决定首先写好菜单框架，然后按照系统功能模块分工编写代码，最后进行整合。在写的过程中，最为深刻的体会就是，结点内部结构的变化会给外部操作造成一定的困难。本次的每个结点内部可存放四个字符，若一个结点只存放一个字符，许多操作就只需要在结点层面上进行，而不用特殊考虑结点内部的元素。此外，在编程过程中，我主要下以下两个方面遇到了困难。第一是不会确定用户输入的字符串，后来温习了一下内存动态分配的知识以及getchar()函数，结合上网查阅资料，解决了这个问题。第二是getchar()函数的使用问题，起初我并不知道getchar()函数的具体的用法，通过这次课设我才了解到getchar()读取的是缓冲区的字符，并且会读入回车键及Tab键等不可见字符，这就在某些时候需要预先清空缓冲区，通过上网查阅资料，得知fflush(stdin)函数可以清空缓冲区，这解决了有时漏掉字符或因为读取到回车键而跳过while循环的问题。
链表在数据结构中是很基础内容，但同时又十分重要，通过这次课设我对链表的具体实现有了更加清晰的认识。

5.程序源码附录如下：

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include<Windows.h>
#include<mmsystem.h>
#pragma comment(lib,"winmm.Lib")
#define N 4
/*设置字符串、返回字符串长度和显示内容等功能。能对字符串进行插入、替换、删除、查找和连接等操作。*/
using namespace std;
typedef struct Node
{
	char data[N];
	struct Node *next;
}LianString;
class Str{
	private:
		Node *first;
		Node *last;
		int cnumber;//字符个数 
		int nnumber;//结点个数 
	public:
		Str();//建立一个空串 
	//	Str(char d[]);//d代表传入的字符串
		~Str();
		void newstr();
		
		void PrintList();//显示
		int length();
		int insert();//插入(i为插入位置,n为字符串长度) 
		void replace();//替换（a为起始位置，b为终止位置,d[]为用户输入的字符串，n为字符串长度） 
		void del();//删除（a为起始位置，b为终止位置） 
		int locate();//查找 d[]为用户输入的字符串，n为字符串长度 
		void link();//连接（同类对象） 
};
void Str::newstr(){
		
	char c;
	first = new Node;
	first->next = NULL;
	Node *p=first;
	Node *s;
	cnumber=0;
	int j = 0;
	cout<<"请输入字符串以初始化"<<endl;
	fflush(stdin);
	while( (c=getchar()) != '\n')//在没有敲回车的前提下进入while循环 
{
	j=cnumber%4;
	if(j==0)
	{
		s = new Node;//生成结点
		s->data[j]=c;
		p->next=s;
		p=s;
		p->next=NULL;
	}
	else
	{
		s->data[j]=c;
	}
	cnumber++;
}
if(j==0)
{
	for(int i=1;i<4;i++)
	{
		s->data[i]='#';
	}
}
if(j==1)
{
	for(int i=2;i<4;i++)
	{
		s->data[i]='#';
	}
}
if(j==2)
{
	for(int i=3;i<4;i++)
	{
		s->data[i]='#';
	}
}

last=s;
//cout<<last->data;

	
}
int Str::locate(){
	cout<<"请输入要查找的字符串"<<endl;
	char buffer;
	buffer=getc(stdin);
	char *str1;
	int sz = 1;
	    char *temp = (char *)malloc(sizeof(char));
	    while ((buffer = getc(stdin)) != '\n')
	    {
	        str1 = (char *)realloc(temp, ++sz*sizeof(char));
	        temp = str1;
	        str1[sz - 2] = buffer;
	    }
	    str1[sz-1] = '\0';
	    
	Node *p;
	p=first->next;
	int s=strlen(str1);
	int i=0;
	int j=0;
	    while(p!=NULL)
	    {
	    	if(p->data[i%4]==str1[j])
	    	{
	    		if(j==s-1)//待匹配字符串到达终点 		
				{   
			    cout<<"查找成功！"<<endl
				    <<"匹配串的第一个字符位于第"<<(i-j)/4+1<<"个结点的第"<<(i-j)%4+1<<"个位置处"<<endl;;
			    break;
				} 
				
	    		i++;
	    		j++;
	    		if(i%4==0)
	    		{
					p=p->next;
				}
			}
			else
			{
				i=i-j+1;
				if(i>cnumber-j-1)
				{
					cout<<"查找失败！"<<endl;
					return 0; 
				}
				j=0;
				int m;
				m=i/4;
				p=first->next;
				for(int n=0;n<m;n++)
				{
					p=p->next;
				}
			}
		}
	    free(str1);
}
Str::~Str(){}
Str::Str(){
	
	char c;
	first = new Node;
	first->next = NULL;
	Node *p=first;
	Node *s;
	cnumber=0;
	int j = 0;
	cout<<"请输入字符串以初始化"<<endl;
	while( (c=getchar()) != '\n')  //在没有敲回车的前提下进入while循环 
{
	j=cnumber%4;
	if(j==0)
	{
		s = new Node;//生成结点
		s->data[j]=c;
		p->next=s;
		p=s;
		p->next=NULL;
	}
	else
	{
		s->data[j]=c;
	}
	cnumber++;
}
if(j==0)
{
	for(int i=1;i<4;i++)
	{
		s->data[i]='#';
	}
}
if(j==1)
{
	for(int i=2;i<4;i++)
	{
		s->data[i]='#';
	}
}
if(j==2)
{
	for(int i=3;i<4;i++)
	{
		s->data[i]='#';
	}
}

last=s;
//cout<<last->data;

}

void Str::PrintList()
{
	Node *p;
	p=first->next;
	while(p!=NULL)
	{
		for(int i=0;i<4;++i)
		cout<<p->data[i];
		if(p->next!=NULL)
		cout<<"->";
		p=p->next;
	}
	cout<<"∧";
}

int Str::length()
{
	return cnumber;

}

int Str::insert()
{
	int m;
	int n;
	int temp; 
	char c;
	Node *p,*q;
	Node *s;
	cout<<"请输入插入的结点位置"<<endl;
	cin>>m;
//	int temp=this->length();
	if(m>0)//C++中的this是指针不是对象 //判断结点位置是否正确 
	{
		cout<<"请输入从结点内部第几个字符开始插入"<<endl; 
	    cin>>n;
	    temp=n;
		if(n>=1&&n<=4)
		{
			p=first->next;
			/*for(int i=0;i<m;i++)
			{
				p=p->next;
			
			}*/
			q=p;
			cout<<"请输入要插入的字符串"<<endl;
			char y;
			char z;
			if(m>1){
			for(int i=1;i<m;i++){
			q=q->next;
			y=q->data[n-1];	
			}
			}
			else
				y=q->data[n-1];	

		/*	cout<<"xxxxxxxxxxxxxxx"<<endl;
			cout<<y<<endl;*/
		fflush(stdin);
		while( (c=getchar()) != '\n')//在没有敲回车的前提下进入while循环 
		{
				if(cnumber%4!=0)
				{ //如果最后一个结点长度小于4
					q->data[n-1]=c;
					while(q)
					{
						while(temp<4)
						{
							z=q->data[temp];
							q->data[temp]=y;
							y=z;
							temp++;
						  
						}
						q=q->next;
						temp=0;
					} 
					cnumber++;
				}

				else
				{             //如果大于4，添加新结点
					s=new Node;
					s->next=NULL;
					last->next=s;
					last=s;  
					q->data[n-1]=c;
					while(q)
					{
						while(temp<4)
						{
							z=q->data[temp];
							q->data[temp]=y;
							y=z;
							temp++;
						    
						}
						q=q->next;
						temp=0;
					} 
					cnumber++;  
				}
				
				q=p;    //插入下一个字符
				n++;
				
				if(n>=1&&n<=4){	
				 for(int i=1;i<m;i++)
					q=q->next;
				y=q->data[n-1];	
				temp=n;
				}
		     	else{				
					m++;
				   for(int i=1;i<m;i++)
					q=q->next;			
					y=q->data[0];
					n=n%4;
					temp=n;
	
				}
		}
		cout<<"插入成功！"<<endl;
		}
		else{
			cout<<"结点位置输入有误！"<<endl;
			return 0;
		}
	}	

	else
	{
		cout<<"结点位置输入有误！"<<endl;
		return 0;
	}
/*	cout<<"XXXXXXXXXXXXX"<<endl;
	cout<<cnumber<<endl;*/
	if((cnumber%4)!=0){
		int x=cnumber%4;
		if(x==3)
		last->data[3]='#';
		else if(x==2){
			last->data[3]='#';
			last->data[2]='#';
		}
		else if(x==1){
			last->data[3]='#';
			last->data[2]='#';
			last->data[1]='#';
		}
	}

}
void Str::del(){
	int x1,x2,y1,y2;
	int xx=0,yy=0;
	Node *p,*q,*s,*t,*h,*o;
	p=first->next;
	q=p;
	s=p;
	t=p;
	h=p;
	o=p;
cout<<"请输入删除初始结点位置："<<endl;
cin>>x1;
cout<<"请输入删除的初始结点的第几个字符："<<endl;
cin>>x2;
cout<<"请输入删除终止结点位置："<<endl;
cin>>y1;
cout<<"请输入删除的终止结点的第几个字符："<<endl;
cin>>y2;
//if(x1<=(cnumber%4+1) && x2>=1 && x2<=4 && y1<=(cnumber%4+1) && y2>=1 &&y2<=4){
int count=5-x2+y2+(y1-x1-1)*4;
int shengyu=cnumber-(y1-1)*4-y2;
/*cout<<count<<endl;
cout<<shengyu<<endl;*/
for(int i=1;i<x1;i++)//q和s分别指向要删除的开始和结束结点处
	q=q->next;
for(int j=1;j<y1;j++)
	s=s->next;

if(count>=shengyu){    //如果要删除的字符数大于后面紧挨的字符
int z1=((cnumber-(4*y1-(4-y2)))+(4*x1-(4-x2)-1))/4+1; //替换后剩余没有用的字符的结点数
int z2=((cnumber-(4*y1-(4-y2)))+(4*x1-(4-x2)-1))%4+1;   //替换后剩余没有用的字符的结点位数
/*cout<<z1<<endl;
cout<<z2<<endl;*/

while(xx<shengyu){   //将要删除的字符用后面紧挨的字符替换掉
		if(x2>4){
        q =q->next;
        x2=x2%4;
		}
        if(y2>=4){
        s=s->next;
        y2=y2%4;
		}
        q->data[x2-1]=s->data[y2];
        x2++;y2++;
	/*	cout<<x2<<endl;
		cout<<y2<<endl;*/
		xx++;
	}

	for(int v=1;v<z1;v++)        
	h=h->next;
	h->next=NULL;
	last=h;
	while(z2<5){
//	cout<<z2<<endl;		
	h->data[z2-1]='#';
  //  cout<<"h->data["<<z2-1<<"]="<<h->data[z2-1]<<endl;
	z2++;
	}
cnumber=cnumber-count;
cout<<"删除成功！"<<endl;

}

else{        //如果要删除的字符数小于后面紧挨的字符
int z1=(cnumber-count)/4+1; //替换后剩余没有用的字符的结点数
int z2=(cnumber-count)%4+1;   //替换后剩余没有用的字符的结点位数
cout<<z1<<endl;
cout<<z2<<endl;
	while(yy<shengyu){
		if(x2>4){
        q =q->next;
        x2=x2%4;
		}
		if(y2>=4){
        s=s->next;
        y2=y2%4;
		}      
        q->data[x2-1]=s->data[y2];
	//	cout<<"q->data["<<x2-1<<"]="<<q->data[x2-1]<<endl;
        x2++;
		y2++;
		yy++; 
	}
	

	for(int v=1;v<z1;v++)        
	o=o->next;
	o->next=NULL;
	last=o;
	while(z2<5){
//	cout<<z2<<endl;		
	o->data[z2-1]='#';
    //cout<<"o->data["<<z2-1<<"]="<<o->data[z2-1]<<endl;
	z2++;
	}
	
cnumber=cnumber-count;
cout<<"删除成功！"<<endl;
}

}


void Str::replace(){
		Node *p,*q;
		p=first->next;
		q=p;
		int x1,x2,y1,y2;
	cout<<"请输入你要替换字符串还是单个字符(输入0为单个字符 ，否则为字符串)"<<endl;
	char a,x,y;
	cin>>a;
	if(a=='0'){
		cout<<"请输入要替换的字符"<<endl;
		cin>>x;
		cout<<"请输入替换的字符"<<endl;
		cin>>y;
		int i=0;
		while(q){
			if(q->data[i]==x)
				q->data[i]=y;
			i++;
			if(i>=4){
				q=q->next;
				i=i%4;
			}
			}
		cout<<"替换成功！"<<endl;
	}
	else{
		cout<<"请输入要替换的字符串的起始位置的结点"<<endl;
		cin>>x1;
		cout<<"请输入要替换的字符串的起始位置的第几个字符"<<endl;
		cin>>x2;
		cout<<"请输入要替换的字符串的终止位置的结点"<<endl;
		cin>>y1;
		cout<<"请输入要替换的字符串的终止位置的第几个字符"<<endl;
		cin>>y2;
		cout<<"请输入想要替换的字符串"<<endl;
		int a=y1*4-(4-y2)-(x1*4-(4-x2))+1;
		cout<<"您需要输入"<<a<<"个字符"<<endl;
		getchar();
		char x=getchar();

for(int i=1;i<x1;i++)
	q=q->next;
for(int j=0;j<a;j++){
q->data[x2-1]=x;
x2++;
if(x2>4){
		q=q->next;
    	x2=x2%4;
			}
x=getchar();
}
	
	}
	cout<<"替换成功！"<<endl;

}





void Str::link()
{
	Node *p;
	Node *s;
	char c;
	p=last;
    int j = 0;
 //   cout<<cnumber;
    fflush(stdin);
	if(cnumber%4==0)
	{
		while( (c=getchar()) != '\n')
		{
			j=cnumber%4;
			
			if(j==0)
			{
				s = new Node;//生成结点
				s->data[j]=c;
				p->next=s;
				p=s;
				p->next=NULL;
			}
			else
			{
				s->data[j]=c;
			}
			cnumber++;
		}
			if(j==0)
			{
				for(int i=1;i<4;i++)
				{
					s->data[i]='#';
				}
			}
			if(j==1)
			{
				for(int i=2;i<4;i++)
				{
					s->data[i]='#';
				}
			}
			if(j==2)
			{
				for(int i=3;i<4;i++)
				{
					s->data[i]='#';
				}
			}
			last=s;
	}
	else //即不满足之前的元素刚好填满 
	{
		int i;
		if(cnumber%4==1)
		{
			i=1;
			while((c=getchar())!='\n')
			{
			p->data[i]=c;
			i++;
			cnumber++;
			if(i>=4)
			break;
			}
		}
		else if(cnumber%4==2)
		{
			i=2;
			while((c=getchar())!='\n')
			{
			p->data[i]=c;
			i++;
			cnumber++;
			if(i>=4)
			break;
			}
		}
		else if(cnumber%4==3)
		{
			i=3;
			while((c=getchar())!='\n')
			{
			p->data[i]=c;
			i++;
			cnumber++;
			if(i>=4)
			break;
			}
		}
		
	if(c!='\n') 
	{
	while( (c=getchar()) != '\n')
		{
			j=cnumber%4;
			if(j==0)
			{
				s = new Node;//生成结点
				s->data[j]=c;
				p->next=s;
				p=s;
				p->next=NULL;
			}
			else
			{
				s->data[j]=c;
			}
			cnumber++;
		}
			if(j==0)
			{
				for(int i=1;i<4;i++)
				{
					s->data[i]='#';
				}
			}
			if(j==1)
			{
				for(int i=2;i<4;i++)
				{
					s->data[i]='#';
				}
			}
			if(j==2)
			{
				for(int i=3;i<4;i++)
				{
					s->data[i]='#';
				}
			}
			last=s;
	}
}
		cout<<"链接成功！"<<endl;
}
int main()
{
	//PlaySound(".\\我的一个道姑朋友.wav",NULL,SND_ASYNC |SND_NODEFAULT);  //播放音乐
	Str str;
	str.PrintList();
	int flag=1;
	do 
	{     
	char choice;  
	printf("\n\n---------------------\n"); 
	printf("A.重建字符串.\n"); 
	printf("B.显   示.\n"); 
	printf("C.求字符串长度.\n"); 
	printf("D.字符串插入.\n"); 
	printf("E.字符串替换.\n");  
	printf("F.字符串删除.\n"); 
	printf("G.字符串查找.\n");
	printf("H.字符串的连接.\n");
	printf("O．返回.\n"); 
	printf("---------------------\n\n");   
	printf("请选择你要的操作:"); 
	cin>>choice; 
	switch(choice)  
	{
		case 'A':    
		{
			str.newstr();
		}
			break;
		case 'B':
			printf("该字符串为：");
			str.PrintList(); 
			printf("\n");   
			break; 
		case 'C':     
			printf("\n该字符串的长度为：");
			cout<<str.length(); 
			printf("\n");    
			break; 
		case 'D':     
		//	printf("\n请输入要插入的字符串：");//加上请输入要插入的字符串在哪个节点之后 
			str.insert();
			printf("\n");     
			break; 
		case 'E':     
		//	printf("\n请输入要替换的字符串.\n");//加上请输入要将新的字符串插入到哪个节点中 
			str.replace();
			break; 
		case 'F':     
		{
			
			//printf("请输入要删除的节点的位置.\n"); 
			str.del();  
			break;
		}
		case 'G':
		    str.locate();
			break;
		case 'H':
			printf("请输入待连接的字符串.\n");
			str.link(); 
			break;
		case 'O':
			flag=0;
			break;
		default:
			break;
	} 
	   system("pause");  
	}  while(flag); 
	return 0;
}

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