串模式匹配算法KMP的C语言实现

#include "string.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "io.h"
#include "math.h"
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 100 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status; /* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */
typedef int ElemType; /* ElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */

typedef char String[MAXSIZE+1]; /* 0号单元存放串的长度 */

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

Status ClearString(String S)
{
S[0]=0;/* 令串长为零 */
return OK;
}

/* 输出字符串T。 */
void StrPrint(String T)
{
int i;
for(i=1;i<=T[0];i++)
printf("%c",T[i]);
printf(" ");
}

/* 输出Next数组值。 */
void NextPrint(int next[],int length)
{
int i;
for(i=1;i<=length;i++)
printf("%d",next[i]);
printf(" ");
}

/* 返回串的元素个数 */
int StrLength(String S)
{
return S[0];
}

/* 朴素的模式匹配法 */
int Index(String S, String T, int pos)
{
int i = pos; /* i用于主串S中当前位置下标值，若pos不为1，则从pos位置开始匹配 */
int j = 1; /* j用于子串T中当前位置下标值 */
while (i <= S[0] && j <= T[0]) /* 若i小于S的长度并且j小于T的长度时，循环继续 */
{
if (S[i] == T[j]) /* 两字母相等则继续 */
{
++i;
++j;
}
else /* 指针后退重新开始匹配 */
{
i = i-j+2; /* i退回到上次匹配首位的下一位 */
j = 1; /* j退回到子串T的首位 */
}
}
if (j > T[0])
return i-T[0];
else
return 0;
}

/* 通过计算返回子串T的next数组。 */
void get_next(String T, int *next)
{
int i,j;
i=1;
j=0;
next[1]=0;
while (i<T[0]) /* 此处T[0]表示串T的长度 */
{
if(j==0 || T[i]== T[j]) /* T[i]表示后缀的单个字符，T[j]表示前缀的单个字符 */
{
++i;
++j;
next[i] = j;
}
else
j= next[j]; /* 若字符不相同，则j值回溯 */
}
}

/* 返回子串T在主串S中第pos个字符之后的位置。若不存在，则函数返回值为0。 */
/* T非空，1≤pos≤StrLength(S)。 */
int Index_KMP(String S, String T, int pos)
{
int i = pos; /* i用于主串S中当前位置下标值，若pos不为1，则从pos位置开始匹配 */
int j = 1; /* j用于子串T中当前位置下标值 */
int next[255]; /* 定义一next数组 */
get_next(T, next); /* 对串T作分析，得到next数组 */
while (i <= S[0] && j <= T[0]) /* 若i小于S的长度并且j小于T的长度时，循环继续 */
{
if (j==0 || S[i] == T[j]) /* 两字母相等则继续，与朴素算法增加了j=0判断 */
{
++i;
++j;
}
else /* 指针后退重新开始匹配 */
j = next[j];/* j退回合适的位置，i值不变 */
}
if (j > T[0])
return i-T[0];
else
return 0;
}

/* 求模式串T的next函数修正值并存入数组nextval */
void get_nextval(String T, int *nextval)
{
int i,j;
i=1;
j=0;
nextval[1]=0;
while (i<T[0]) /* 此处T[0]表示串T的长度 */
{
if(j==0 || T[i]== T[j]) /* T[i]表示后缀的单个字符，T[j]表示前缀的单个字符 */
{
++i;
++j;
if (T[i]!=T[j]) /* 若当前字符与前缀字符不同 */
nextval[i] = j; /* 则当前的j为nextval在i位置的值 */
else
nextval[i] = nextval[j]; /* 如果与前缀字符相同，则将前缀字符的 */
/* nextval值赋值给nextval在i位置的值 */
}
else
j= nextval[j]; /* 若字符不相同，则j值回溯 */
}
}

int Index_KMP1(String S, String T, int pos)
{
int i = pos; /* i用于主串S中当前位置下标值，若pos不为1，则从pos位置开始匹配 */
int j = 1; /* j用于子串T中当前位置下标值 */
int next[255]; /* 定义一next数组 */
get_nextval(T, next); /* 对串T作分析，得到next数组 */
while (i <= S[0] && j <= T[0]) /* 若i小于S的长度并且j小于T的长度时，循环继续 */
{
if (j==0 || S[i] == T[j]) /* 两字母相等则继续，与朴素算法增加了j=0判断 */
{
++i;
++j;
}
else /* 指针后退重新开始匹配 */
j = next[j];/* j退回合适的位置，i值不变 */
}
if (j > T[0])
return i-T[0];
else
return 0;
}

int main()
{
int i,*p;
String s1,s2;

StrAssign(s1,"abcdex");
printf("子串为: ");
StrPrint(s1);
i=StrLength(s1);
p=(int*)malloc((i+1)*sizeof(int));
get_next(s1,p);
printf("Next为: ");
NextPrint(p,StrLength(s1));
printf(" ");

StrAssign(s1,"abcabx");
printf("子串为: ");
StrPrint(s1);
i=StrLength(s1);
p=(int*)malloc((i+1)*sizeof(int));
get_next(s1,p);
printf("Next为: ");
NextPrint(p,StrLength(s1));
printf(" ");

StrAssign(s1,"ababaaaba");
printf("子串为: ");
StrPrint(s1);
i=StrLength(s1);
p=(int*)malloc((i+1)*sizeof(int));
get_next(s1,p);
printf("Next为: ");
NextPrint(p,StrLength(s1));
printf(" ");

StrAssign(s1,"aaaaaaaab");
printf("子串为: ");
StrPrint(s1);
i=StrLength(s1);
p=(int*)malloc((i+1)*sizeof(int));
get_next(s1,p);
printf("Next为: ");
NextPrint(p,StrLength(s1));
printf(" ");

StrAssign(s1,"ababaaaba");
printf(" 子串为: ");
StrPrint(s1);
i=StrLength(s1);
p=(int*)malloc((i+1)*sizeof(int));
get_next(s1,p);
printf(" Next为: ");
NextPrint(p,StrLength(s1));
get_nextval(s1,p);
printf("NextVal为: ");
NextPrint(p,StrLength(s1));
printf(" ");

StrAssign(s1,"aaaaaaaab");
printf(" 子串为: ");
StrPrint(s1);
i=StrLength(s1);
p=(int*)malloc((i+1)*sizeof(int));
get_next(s1,p);
printf(" Next为: ");
NextPrint(p,StrLength(s1));
get_nextval(s1,p);
printf("NextVal为: ");
NextPrint(p,StrLength(s1));

printf(" ");

StrAssign(s1,"00000000000000000000000000000000000000000000000001");
printf("主串为: ");
StrPrint(s1);
StrAssign(s2,"0000000001");
printf("子串为: ");
StrPrint(s2);
printf(" ");
printf("主串和子串在第%d个字符处首次匹配（朴素模式匹配算法） ",Index(s1,s2,1));
printf("主串和子串在第%d个字符处首次匹配（KMP算法） ",Index_KMP(s1,s2,1));
printf("主串和子串在第%d个字符处首次匹配（KMP改良算法） ",Index_KMP1(s1,s2,1));

return 0;
}