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链串详解

本文档将详细介绍链串的基本概念、实现原理及其在 C 语言中的具体应用。通过本指南，读者将了解如何使用链串进行各种字符串操作。

1. 什么是链串？

链串是一种用于存储字符串的数据结构，它使用一组动态分配的节点来保存字符串中的字符序列。链串通常由两部分组成：

• 一个指向链表头结点的指针 s。
• 一系列的节点，每个节点包含一个字符 data 和指向下一个节点的指针 next。

在本程序中，我们定义了一个名为 LinkStrNode 的结构体来表示链串中的单个节点，并使用一个指针 s 来表示整个链串。

typedef struct StringNode {char data;struct StringNode *next;
} LinkStrNode;

2. 基本操作

2.1 生成串 (StrAssign)

此函数用于将一个 C 语言字符串转换为链串。

void StrAssign(LinkStrNode *&s, const char str[]) {LinkStrNode *r;LinkStrNode *p;s = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 创建头结点r = s;for (int i = 0; str[i] != '\0'; i++) {p = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点p->data = str[i]; // 设置数据r->next = p; // 将新节点链接到链表r = p; // 移动指针到新节点}r->next = NULL; // 设置尾节点的 next 为 NULL
}

参数:

• s: 目标链串的头结点指针。
• str: 源 C 语言字符串。

功能:

• 为 s 分配一个头结点。
• 为 str 中的每个字符创建一个新的节点，并将其添加到链表中。

2.2 销毁串 (DestroyStr)

此函数用于释放链串所占用的内存。

void DestroyStr(LinkStrNode *&s) {LinkStrNode *pre = s;LinkStrNode *p = s->next;while (p != NULL) {free(pre); // 释放前一个节点pre = p; // 移动 pre 到当前节点p = pre->next; // 移动 p 到下一个节点}free(pre); // 释放最后一个节点s = NULL; // 清空串指针
}

参数:

• s: 要销毁的链串的头结点指针。

功能:

• 依次释放链串中的每个节点，并清空头结点指针。

2.3 判断是否为空串 (StrEmpty)

此函数用于检查一个链串是否为空。

bool StrEmpty(LinkStrNode *s){return s->next == NULL;
} 

参数:

• s: 要检查的链串的头结点指针。

返回值:

• 如果链串为空（即头结点的 next 指向 NULL），则返回 true；否则返回 false。

2.4 串的复制 (StrCopy)

此函数用于将一个链串复制到另一个链串。

void StrCopy(LinkStrNode *&s, LinkStrNode *t) {LinkStrNode *p = t->next;LinkStrNode *q;LinkStrNode *r;s = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 创建新的头结点r = s;while (p != NULL) {q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p = p->next; // 移动原串指针}r->next = NULL; // 设置尾节点的 next 为 NULL
}

参数:

• s: 目标链串的头结点指针。
• t: 源链串的头结点指针。

功能:

• 为 s 分配一个头结点。
• 复制 t 中的所有节点到 s 的链表中。

2.5 判断串相等 (StrEqual)

此函数用于检查两个链串是否相等。

bool StrEqual(LinkStrNode *s, LinkStrNode *t) {LinkStrNode *p = s->next;LinkStrNode *q = t->next;while (p != NULL && q != NULL && p->data == q->data) {p = p->next;q = q->next;}return (p == NULL && q == NULL);
}

参数:

• s: 第一个链串的头结点指针。
• t: 第二个链串的头结点指针。

返回值:

• 如果两个链串具有相同的长度且所有字符都相等，则返回 true；否则返回 false。

2.6 获得串的长度 (StrLength)

此函数用于获取一个链串的长度。

int StrLength(LinkStrNode *s) {int i = 0;LinkStrNode *p = s->next;while (p != NULL) {i++;p = p->next;}return i;
}

参数:

• s: 要获取长度的链串的头结点指针。

返回值:

• 返回链串的长度。

2.7 串的连接 (Concat)

此函数用于将两个链串连接成一个新的链串。

LinkStrNode *Concat(LinkStrNode *s, LinkStrNode *t) {LinkStrNode *str;LinkStrNode *p = s->next;LinkStrNode *q;LinkStrNode *r;str = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 创建新的头结点r = str;while (p != NULL) {q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p = p->next; // 移动原串指针}p = t->next;while (p != NULL) {q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p = p->next; // 移动原串指针}r->next = NULL; // 设置尾节点的 next 为 NULLreturn str;
}

参数:

• s: 第一个链串的头结点指针。
• t: 第二个链串的头结点指针。

返回值:

• 返回一个新的链串，该串包含 s 和 t 的所有节点。

2.8 获得子串 (SubStr)

此函数用于从一个链串中获取指定位置的子串。

LinkStrNode *SubStr(LinkStrNode *s, int i, int j) {int k;LinkStrNode *str;LinkStrNode *p = s->next;LinkStrNode *q;LinkStrNode *r;str = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 创建新的头结点str->next = NULL;r = str;if (i <= 0 || i > StrLength(s) || j < 0 || i + j - 1 > StrLength(s)) {return str;}for (k = 1; k < i; k++) { // 移动到起始位置p = p->next;}for (k = 1; k <= j; k++) { // 复制子串q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p = p->next; // 移动原串指针}r->next = NULL; // 设置尾节点的 next 为 NULLreturn str;
}

参数:

• s: 原始链串的头结点指针。
• i: 子串的起始位置（1-indexed）。
• j: 子串的长度。

返回值:

• 返回一个新的链串，该串包含 s 从位置 i 开始的长度为 j 的子串。

2.9 子串的插入 (InsertStr)

此函数用于在一个链串的指定位置插入另一个链串。

LinkStrNode *InsertStr(LinkStrNode *s, int i, LinkStrNode *t) {int k;LinkStrNode *str;LinkStrNode *p1 = s->next;LinkStrNode *p2 = t->next;LinkStrNode *q;LinkStrNode *r;str = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 创建新的头结点str->next = NULL;r = str;if (i <= 0 || i > StrLength(s) + 1) {return str;}for (k = 1; k < i; k++) { // 移动到插入位置q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p1->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p1 = p1->next; // 移动原串指针}while (p2 != NULL) { // 插入子串q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p2->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p2 = p2->next; // 移动原串指针}while (p1 != NULL) { // 继续复制剩余部分q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p1->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p1 = p1->next; // 移动原串指针}r->next = NULL; // 设置尾节点的 next 为 NULLreturn str;
}

参数:

• s: 原始链串的头结点指针。
• i: 插入位置（1-indexed）。
• t: 要插入的链串的头结点指针。

返回值:

• 返回一个新的链串，该串包含 s 和在位置 i 插入的 t。

2.10 子串的删除 (DelStr)

此函数用于从一个链串中删除指定位置的子串。

LinkStrNode *DelStr(LinkStrNode *s, int i, int j) {int k;LinkStrNode *str;LinkStrNode *p = s->next;LinkStrNode *q;LinkStrNode *r;str = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 创建新的头结点str->next = NULL;r = str;if (i <= 0 || i > StrLength(s) || j < 0 || i + j - 1 > StrLength(s)) {return str;}for (k = 1; k < i; k++) { // 移动到删除位置前q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p = p->next; // 移动原串指针}for (k = 0; k < j; k++) { // 跳过要删除的部分p = p->next; // 移动原串指针}while (p != NULL) { // 复制剩余部分q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p = p->next; // 移动原串指针}r->next = NULL; // 设置尾节点的 next 为 NULLreturn str;
}

参数:

• s: 原始链串的头结点指针。
• i: 子串的起始位置（1-indexed）。
• j: 子串的长度。

返回值:

• 返回一个新的链串，该串包含 s 除位置 i 开始的长度为 j 的子串外的所有节点。

2.11 子串的替换 (ReplaceSubStr)

此函数用于在一个链串的指定位置替换一个子串。

LinkStrNode *ReplaceSubStr(LinkStrNode *s, int i, int j, LinkStrNode *t) {LinkStrNode *newStr = InsertStr(s, i, t); // 先执行插入操作LinkStrNode *delStr = DelStr(newStr, i, j); // 再执行删除操作DestroyStr(newStr); // 销毁中间串return delStr; // 返回替换后的串
}

参数:

• s: 原始链串的头结点指针。
• i: 要替换子串的起始位置（1-indexed）。
• j: 要替换子串的长度。
• t: 新的子串的头结点指针。

返回值:

• 返回一个新的链串，该串包含 s 除位置 i 开始的长度为 j 的子串被 t 替换外的所有节点。

2.12 串的比较 (StrCompare)

此函数用于比较两个链串。

int StrCompare(LinkStrNode *s, LinkStrNode *t) {LinkStrNode *p = s->next, *q = t->next;while (p != NULL && q != NULL) {if (p->data != q->data) {return p->data > q->data ? 1 : -1;}p = p->next;q = q->next;}if (p == NULL && q == NULL) {return 0;} else if (p == NULL) {return -1;} else {return 1;}
}

参数:

• s: 第一个链串的头结点指针。
• t: 第二个链串的头结点指针。

返回值:

• 如果 s 和 t 相等，返回 0；
• 如果 s 小于 t，返回负数；
• 如果 s 大于 t，返回正数。

2.13 打印链串 (PrintStr)

此函数用于显示一个链串的内容。

void PrintStr(LinkStrNode *s) {LinkStrNode *p = s->next;while (p != NULL) {printf("%c", p->data);p = p->next;}printf("\n");
}

参数:

• s: 要显示的链串的头结点指针。

3. 示例程序

下面是一个示例程序，演示了如何使用上述定义的功能。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h> // 用于使用 strlen 函数
#define MaxSize 100// 链串的结构体
typedef struct StringNode {char data;struct StringNode *next;
} LinkStrNode;// 生成串
void StrAssign(LinkStrNode *&s, const char str[]) {LinkStrNode *r;LinkStrNode *p;s = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 创建头结点r = s;for (int i = 0; str[i] != '\0'; i++) {p = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点p->data = str[i]; // 设置数据r->next = p; // 将新节点链接到链表r = p; // 移动指针到新节点}r->next = NULL; // 设置尾节点的 next 为 NULL
}// 销毁串
void DestroyStr(LinkStrNode *&s) {LinkStrNode *pre = s;LinkStrNode *p = s->next;while (p != NULL) {free(pre); // 释放前一个节点pre = p; // 移动 pre 到当前节点p = pre->next; // 移动 p 到下一个节点}free(pre); // 释放最后一个节点s = NULL; // 清空串指针
}//判断是否为空串
bool StrEmpty(LinkStrNode *s){return s->next == NULL;
} // 串的复制
void StrCopy(LinkStrNode *&s, LinkStrNode *t) {LinkStrNode *p = t->next;LinkStrNode *q;LinkStrNode *r;s = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 创建新的头结点r = s;while (p != NULL) {q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p = p->next; // 移动原串指针}r->next = NULL; // 设置尾节点的 next 为 NULL
}// 判断串相等
bool StrEqual(LinkStrNode *s, LinkStrNode *t) {LinkStrNode *p = s->next;LinkStrNode *q = t->next;while (p != NULL && q != NULL && p->data == q->data) {p = p->next;q = q->next;}return (p == NULL && q == NULL);
}// 获得串的长度
int StrLength(LinkStrNode *s) {int i = 0;LinkStrNode *p = s->next;while (p != NULL) {i++;p = p->next;}return i;
}// 串的连接
LinkStrNode *Concat(LinkStrNode *s, LinkStrNode *t) {LinkStrNode *str;LinkStrNode *p = s->next;LinkStrNode *q;LinkStrNode *r;str = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 创建新的头结点r = str;while (p != NULL) {q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p = p->next; // 移动原串指针}p = t->next;while (p != NULL) {q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p = p->next; // 移动原串指针}r->next = NULL; // 设置尾节点的 next 为 NULLreturn str;
}// 获得子串
LinkStrNode *SubStr(LinkStrNode *s, int i, int j) {int k;LinkStrNode *str;LinkStrNode *p = s->next;LinkStrNode *q;LinkStrNode *r;str = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 创建新的头结点str->next = NULL;r = str;if (i <= 0 || i > StrLength(s) || j < 0 || i + j - 1 > StrLength(s)) {return str;}for (k = 1; k < i; k++) { // 移动到起始位置p = p->next;}for (k = 1; k <= j; k++) { // 复制子串q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p = p->next; // 移动原串指针}r->next = NULL; // 设置尾节点的 next 为 NULLreturn str;
}// 子串的插入
LinkStrNode *InsertStr(LinkStrNode *s, int i, LinkStrNode *t) {int k;LinkStrNode *str;LinkStrNode *p1 = s->next;LinkStrNode *p2 = t->next;LinkStrNode *q;LinkStrNode *r;str = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 创建新的头结点str->next = NULL;r = str;if (i <= 0 || i > StrLength(s) + 1) {return str;}for (k = 1; k < i; k++) { // 移动到插入位置q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p1->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p1 = p1->next; // 移动原串指针}while (p2 != NULL) { // 插入子串q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p2->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p2 = p2->next; // 移动原串指针}while (p1 != NULL) { // 继续复制剩余部分q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p1->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p1 = p1->next; // 移动原串指针}r->next = NULL; // 设置尾节点的 next 为 NULLreturn str;
}// 子串的删除
LinkStrNode *DelStr(LinkStrNode *s, int i, int j) {int k;LinkStrNode *str;LinkStrNode *p = s->next;LinkStrNode *q;LinkStrNode *r;str = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 创建新的头结点str->next = NULL;r = str;if (i <= 0 || i > StrLength(s) || j < 0 || i + j - 1 > StrLength(s)) {return str;}for (k = 1; k < i; k++) { // 移动到删除位置前q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p = p->next; // 移动原串指针}for (k = 0; k < j; k++) { // 跳过要删除的部分p = p->next; // 移动原串指针}while (p != NULL) { // 复制剩余部分q = (LinkStrNode *)malloc(sizeof(LinkStrNode)); // 分配新节点q->data = p->data; // 设置数据r->next = q; // 将新节点链接到链表r = q; // 移动指针到新节点p = p->next; // 移动原串指针}r->next = NULL; // 设置尾节点的 next 为 NULLreturn str;
}// 子串的替换
LinkStrNode *ReplaceSubStr(LinkStrNode *s, int i, int j, LinkStrNode *t) {LinkStrNode *newStr = InsertStr(s, i, t); // 先执行插入操作LinkStrNode *delStr = DelStr(newStr, i, j); // 再执行删除操作DestroyStr(newStr); // 销毁中间串return delStr; // 返回替换后的串
}int StrCompare(LinkStrNode *s, LinkStrNode *t) {LinkStrNode *p = s->next, *q = t->next;while (p != NULL && q != NULL) {if (p->data != q->data) {return p->data > q->data ? 1 : -1;}p = p->next;q = q->next;}if (p == NULL && q == NULL) {return 0;} else if (p == NULL) {return -1;} else {return 1;}
}// 打印链串
void PrintStr(LinkStrNode *s) {LinkStrNode *p = s->next;while (p != NULL) {printf("%c", p->data);p = p->next;}printf("\n");
}// 主函数
int main() {LinkStrNode *s, *t;char input[MaxSize];// 用户输入第一个串printf("请输入第一个字符串: ");scanf("%s", input);StrAssign(s, input);// 用户输入第二个串printf("请输入第二个字符串: ");scanf("%s", input);StrAssign(t, input);// 显示两个串printf("第一个字符串: ");PrintStr(s);printf("第二个字符串: ");PrintStr(t);// 检查是否为空串if (StrEmpty(s)) {printf("第一个串为空串。\n");} else {printf("第一个串不为空串。\n");}if (StrEmpty(t)) {printf("第二个串为空串。\n");} else {printf("第二个串不为空串。\n");}// 比较两个串int result = StrCompare(s, t);if (result == 0) {printf("两个串相等。\n");} else if (result < 0) {printf("第一个串小于第二个串。\n");} else {printf("第一个串大于第二个串。\n");}// 计算两个串的长度printf("第一个串的长度为: %d\n", StrLength(s));printf("第二个串的长度为: %d\n", StrLength(t));// 连接两个串LinkStrNode *concatenated = Concat(s, t);printf("连接后的字符串: ");PrintStr(concatenated);// 获取子串int start, length;printf("请输入子串起始位置 (1-%d): ", StrLength(s));scanf("%d", &start);printf("请输入子串长度: ");scanf("%d", &length);LinkStrNode *substring = SubStr(s, start, length);printf("子串为: ");PrintStr(substring);// 插入子串printf("请输入插入位置 (1-%d): ", StrLength(s) + 1);scanf("%d", &start);LinkStrNode *inserted = InsertStr(s, start,t );printf("插入后的字符串: ");PrintStr(inserted);// 删除子串printf("请输入删除起始位置 (1-%d): ", StrLength(s));scanf("%d", &start);printf("请输入删除长度: ");scanf("%d", &length);LinkStrNode *deleted = DelStr(s, start, length);printf("删除后的字符串: ");PrintStr(deleted);// 替换子串printf("请输入替换起始位置 (1-%d): ", StrLength(s));scanf("%d", &start);printf("请输入替换长度: ");scanf("%d", &length);LinkStrNode *replaced = ReplaceSubStr(s, start, length, t);printf("替换后的字符串: ");PrintStr(replaced);return 0;
}

4. 使用说明

1. 编译并运行上述示例程序。
2. 根据提示输入两个字符串。
3. 观察并理解各个操作的结果。

5. 总结

通过本文档，您可以了解到链串的基本概念和常用操作。使用这些操作，您可以轻松地处理字符串数据，进行各种字符串相关的任务。希望这份指南能够帮助您更好地理解和使用链串。