c语言KMP匹配算法与字符串替换算法

一.字符串匹配算法

(1)传统匹配算法BF

int Index_BF(char* S, char* T){
    int i=1,j=1;
    while(i<=strlen(S) && j<=strlen(T)){
        if(S[i]==T[j]){
            ++i;
            ++j;
        }
        else{
            i=i-j+2;
            j=1;
        }
    }
    if(j>strlen(T))
        return i - strlen(T);
    else
        return 0;
}

(2)KMP

void get_next(char* T, int next[]){
    int i=1,j=0;
    next[1]=0;
    while(i<strlen(T)){
        if(j==0||T[i]==T[j]){
            ++i;
            ++j;
            next[i]=j;
        }
        else
            j=next[j];
    }
}

int Index_KMP(char* S, char* T, int next[]){
    int i=1, j=1;
    while (i<=strlen(S)&&j<=strlen(T)){
        if(j==0||S[i]==T[j]){
        ++i;
        ++j;
        }
        else
            j=next[j];
    }
    if(j>strlen(T))
        return i-strlen(T);
    else
        return 0;
}

(3)KMP改进算法

void get_nextval(char* T,int nextval[]){
    int i=1,j=0;
    nextval[1]=0;
    while(i<strlen(T)){
        if(j==0||T[i]==T[j]){
            ++i;
            ++j;
            if(T[i]!=T[j])
                nextval[i]=j;
            else
                nextval[i]=nextval[j];
        }
        else
            j=nextval[j];
    }
}

以上为基本算法函数;

以下是完整程序,同时可以展现匹配过程:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include<cstring>
#include<iostream>
using namespace std;

#define OK 1
#define ERROR 0
#define OVERFLOW -2
typedef int Status;
#define MAXSTRLEN 255           //用户可在255以内定义最长串长
typedef char SString[MAXSTRLEN+1];        //0号单元存放串的长度

Status StrAssign(SString T, char *chars) { //生成一个其值等于chars的串T
    int i;
    if (strlen(chars) > MAXSTRLEN)
        return ERROR;
    else {
        T[0] = strlen(chars);
        for (i = 1; i <= T[0]; i++)
            T[i] = *(chars + i - 1);
        return OK;
    }
}

void get_next(SString T, int next[]){ //求模式串T的next函数值并存入数组next
    int i = 1, j = 0;
    next[1] = 0;
    while (i < T[0])
        if (j == 0 || T[i] == T[j])
        {
            ++i;
            ++j;
            next[i] = j;
        }//abssgaaadaaaadcf aaaad 0
        else
            j = next[j];
    for(i=1;i<strlen(T);i++)
        printf("j=%d  next[%d]=%d \n",i,i,next[i]);//abssgaaadaaaadcf aaaad 0
}//get_next

void get_nextval(SString T, int nextval[]){ // 求模式串T的next函数修正值并存入数组nextval
    int i = 1, j = 0;
    nextval[1] = 0;
    while (i < T[0])
        if (j == 0 || T[i] == T[j])
        {
            ++i;
            ++j;
            if (T[i] != T[j])
                nextval[i] = j;
            else
                nextval[i] = nextval[j];
        } else
            j = nextval[j];
    for(i=1;i<strlen(T);i++)
        printf("j=%d  nextval[%d]=%d \n",i,i,nextval[i]);
}//get_nextval
//
void BF(char s[100],char p[50],int t){
    int space,a,b,k=0,num=0;
    int pos, i, j, flag;
    j = flag = 0;
    if(strlen(s)<strlen(p)){
        printf("Error:子串长度大于父串.\n");
        return ;
    }
    if(strlen(s)-strlen(p)<t){
        printf("Error:匹配位置不合适.\n");
        return ;
    }
    space=i=pos=t;
    printf("\n");
    while(i < strlen(s))
    {
        if(j==0&&s[i]!=p[j])
            num++;
        pos=i;
        if(p[j] == s[i]){
            while(j < strlen(p))
            {
                if(p[j] != s[i])
                {
                    k++;
                    printf("%s   %d    此次匹配失败\n",s,k);
                    for(a=space;a>0;a--)
                        printf(" ");//输出详细过程
                    for(b=0;b<=j;b++)
                        printf("%c",p[b]);//aaadddawawdcw awd 0
                    printf("\n");
                    break;
                }
                else{
                    k++;
                    printf("%s   %d    此次匹配成功\n",s,k);
                    for(a=space;a>0;a--)
                        printf(" ");//输出详细过程
                    for(b=0;b<=j;b++)
                        printf("%c",p[b]);
                    printf("\n");
                    i++;
                    j++;
                }
            }
            if(j == strlen(p))
                flag = 1;
        }
        else{
            k++;
            printf("%s   %d    此次匹配失败\n",s,k);//aaadddawawdcw awd 0
            for(a=space;a>0;a--)
                printf(" ");
            printf("%c\n",p[j]) ;
        }
        space++;
        if(flag == 1){//如果匹配成功，flag=1，则进入此句；
            printf("匹配位置为：%d\n", pos);
            break;
        }
        //开始下一轮的循环，对某些变量进行初始化
        i = ++pos;
        j = 0;
        if(i > strlen(s) - strlen(p)){
            printf("主串中不存在此子串！\n");
            break;
        }
    }
    printf("共匹配%d次\n",k);
    printf("单个字符匹配次数为%d\n",num);
}

int KMP(SString S, SString T, char* s, char* p, int pos, int next[]){     // 利用模式串T的next函数求T在主串S中第pos个字符之后的位置的KMP算法
    //其中，T非空，1≤pos≤StrLength(S)
    if(strlen(s)<strlen(p)){
        printf("Error:子串长度大于父串.\n");
        return -1;
    }
    if(strlen(s)-strlen(p)<pos){
        printf("Error:匹配位置不合适.\n");
        return -1;
    }
    int i = pos, j = 1,k=0,a,b,space=0;
    while (i <= S[0] && j <= T[0])
    {
        if (j == 0 || S[i] == T[j]) // 继续比较后继字
        {
            i++;
            j++;
            if(j == strlen(T))
            {    //    进入此if语句即表示匹配成功
                printf("共循环%d次\n",k);
                break;
            }

            ++k;
            printf("%s   %d  next[%d]=%d  \n",s,k,j,next[j]);
            for(a=space;a>0;a--)
                printf(" ");
            for(b=1;b<=j;b++)
                printf("%c",T[b]);//abssgaaadaaaadcf aaaad 0
            printf("\n");
            if(j==1&&S[i]!=T[j]) simple++;//记录单字符匹配失败的次数。
        }
        else j = next[j];// 模式串向右移动
        space=i-j; //输出子串前面的空格数
    }
    printf("单字符循环%d次\n",simple);
    if (j > T[0]) // 匹配成功
        return i - T[0];
    else
        return -1;
}//Index_KMP

int main(){
    printf("1.输入主串、子串和匹配起始位置\n2.BF算法\n3.KMP算法\n4.KMP改进算法\n0.退出\n");
    int t = -1,place;
    SString S;//abssgaaadaaaadcf aaaad 0
    SString T;
    int *next,*nextval;
    char s[50], p[50];
    while(t)
    {
        printf("请输入：");
        scanf("%d",&t);
        switch(t)
        {
            case 0:
                break;
            case 1:
                printf("请输入主串、子串和匹配起始位置：\n");
                scanf("%s%s%d",s,p,&place);
                StrAssign(S,s) ;
                StrAssign(T,p) ;
                break;
            case 2:
                BF(s,p,place);
                break;
            case 3:
                next = new int[T[0]+1];
                get_next(T,next);
                printf("匹配的位置为 %d\n",KMP(S,T,s,p,place,next));
                break;
            case 4:
                nextval = new int[T[0]+1];
                get_nextval(T,nextval) ;
                printf("匹配的位置为 %d\n",KMP(S,T,s,p,place,nextval));
                break;
            default:
                break;
        }
    }
    return 0;
}

二.字符串替换算法

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

char* str_replace(char* str,char* oldstr,char* newstr){
    char bstr[strlen(str)];//转换缓冲区
    memset(bstr,0,sizeof(bstr));
    for(int i=0; i<strlen(str); i++){
        if(!strncmp(str+i,oldstr,strlen(oldstr))){//查找目标字符串
            strcat(bstr,newstr);
            i = i + strlen(oldstr) - 1;
        }else{
            strncat(bstr,str+i,1);//保存一字节进缓冲区
        }
    }
    char tmp[strlen(str)*2];
    strcpy(tmp,bstr);
    return tmp;
}