Data-Structure/Dev-C++/ExerciseBook/04.22/LString.cpp

/*=============================
 * 串的块链分配存储表示（块链串）
 ==============================*/

#include "LString.h"    //**▲04 串**//

/*
 * 初始化
 *
 * 构造一个值为chars的串T。
 *
 *【注】
 * 该操作属于最小操作子集
 */
Status StrAssign(LString* T, const char* chars) {
    int len;        // chars的长度
    int i, count;   // 遍历块链串和字符串chars的游标
    int m;          // 总块数
    int n;          // 如果存在未填满的块，存储该块中的有效元素数量
    Chunk* r;
    
    // 求chars的长度
    len = (int) strlen(chars);
    
    // 没有有效元素
    if(len == 0) {
        (*T).head = NULL;
        (*T).tail = NULL;
        (*T).curlen = 0;
        
        return OK;
    }
    
    m = len / CHUNKSIZE;    // 先计算需要填满的块
    n = len % CHUNKSIZE;    // 如果存在未填满的块，计算该块中填充的有效元素数量
    if(n != 0) {
        m++;                // 计算总块数
    }
    
    // 1.创建块链串的结构
    for(i = 1; i <= m; i++) {
        // 创建新块
        r = (Chunk*) malloc(sizeof(Chunk));
        if(r == NULL) {
            exit(OVERFLOW);
        }
        r->next = NULL;
        
        // 第一个块
        if(i == 1) {
            (*T).head = (*T).tail = r;
            
            // 联接后面的块
        } else {
            (*T).tail->next = r;
            (*T).tail = r;
        }
    }
    
    r = (*T).head;
    i = 0;      // 块链串T的游标
    count = 0;  // 统计遍历过的元素，顺便作为chars的游标
    
    // 2.为块链串填充内容
    while(count < len) {
        r->ch[i] = chars[count];
        
        i = (i + 1) % CHUNKSIZE;
        if(i == 0) {
            r = r->next;    // 指向下一个块
        }
        
        count++;
    }
    
    // 3.如果存在未填满的块
    if(n != 0) {
        // 填充非串值内容(补上'\0')
        while(i < CHUNKSIZE) {
            (*T).tail->ch[i] = '\0';
            i++;
        }
    }
    
    // 4.记录长度信息
    (*T).curlen = len;
    
    return OK;
}

/*
 * 销毁
 *
 *【注】
 * 块链串的结构可以销毁，但不是在销毁操作中
 */
Status DestroyString(LString* S) {
    return OK;
}

/*
 * 清空
 *
 * 将串S清空。
 */
Status ClearString(LString* S) {
    Chunk* p, * q;
    
    p = (*S).head;
    
    // 释放所有串占用的空间
    while(p != NULL) {
        q = p->next;
        free(p);
        p = q;
    }
    
    (*S).head = NULL;
    (*S).tail = NULL;
    (*S).curlen = 0;
    
    return OK;
}

/*
 * 判空
 *
 * 判断串S中是否包含有效数据。
 *
 * 返回值：
 * TRUE : 串S为空
 * FALSE: 串S不为空
 */
Status StrEmpty(LString S) {
    return S.curlen == 0 ? TRUE : FALSE;
}

/*
 * 计数
 *
 * 返回串S中元素的个数。
 *
 *【注】
 * 该操作属于最小操作子集
 */
int StrLength(LString S) {
    return S.curlen;
}

/*
 * 求子串
 *
 * 用Sub返回S[pos, pos+len-1]。
 * 返回值指示是否截取成功。
 *
 *【注】
 * 该操作属于最小操作子集
 */
Status SubString(LString* Sub, LString S, int pos, int len) {
    int m;      // Sub的总块数
    int n;      // 如果Sub存在未填满的块，存储该块中的有效元素数量
    int i, j, count;
    Chunk* r, * p;
    
    if(pos < 1 || pos > S.curlen || len < 0 || pos + len - 1 > S.curlen) {
        return ERROR;
    }
    
    // 如果是截取0个字符，不需要分配空间
    if(len == 0) {
        (*Sub).head = NULL;
        (*Sub).tail = NULL;
        (*Sub).curlen = 0;
        
        return OK;
    }
    
    m = len / CHUNKSIZE;    // 先计算需要填满的块
    n = len % CHUNKSIZE;    // 如果Sub存在未填满的块，计算该块中填充的有效元素数量
    if(n != 0) {
        m++;                // 计算Sub的总块数
    }
    
    // 1.创建Sub的结构
    for(i = 1; i <= m; i++) {
        // 创建新块
        r = (Chunk*) malloc(sizeof(Chunk));
        if(r == NULL) {
            exit(OVERFLOW);
        }
        r->next = NULL;
        
        // 第一个块
        if(i == 1) {
            (*Sub).head = (*Sub).tail = r;
            
            // 联接后面的块
        } else {
            (*Sub).tail->next = r;
            (*Sub).tail = r;
        }
    }
    
    // 查找S中第pos个元素所在的块，并用指针p指向它
    for(count = 1, p = S.head; pos > count * CHUNKSIZE; count++, p = p->next) {
        // 空循环
    }
    
    r = (*Sub).head;            // 指向Sub的块
    
    i = 0;                      // 块链串Sub的游标
    j = (pos - 1) % CHUNKSIZE;  // 块链串S  的游标
    count = 0;                  // 统计遍历过的元素
    
    // 2.为块链串Sub填充内容
    while(count < len) {
        r->ch[i] = p->ch[j];
        
        i = (i + 1) % CHUNKSIZE;
        if(i == 0) {
            r = r->next;    // 指向Sub中下一个块
        }
        
        j = (j + 1) % CHUNKSIZE;
        if(j == 0) {
            p = p->next;    // 指向S中下一个块
        }
        
        count++;
    }
    
    // 3.如果存在未填满的块
    if(n != 0) {
        // 填充非串值内容(补上'\0')
        while(i < CHUNKSIZE) {
            (*Sub).tail->ch[i] = '\0';
            i++;
        }
    }
    
    // 4.记录长度信息
    (*Sub).curlen = len;
    
    return OK;
}

/*
 * 查找
 *
 * 从pos处开始搜索模式串T在主串S中首次出现的位置，如果不存在，则返回0。
 * 如果查找成功，返回匹配的位置。
 *
 *【注】
 * 1.此实现需要依赖串的最小操作子集
 * 2.该实现比较低效
 */
int Index(LString S, LString T, int pos) {
    int i, s, t;
    LString sub;
    
    if(pos < 1 || pos > S.curlen || StrEmpty(T)) {
        return 0;
    }
    
    s = S.curlen;                //主串S长度
    t = T.curlen;                //模式串T长度
    i = pos;
    
    while(i + t - 1 <= s) {
        // 获取S[i, i+m-1]
        SubString(&sub, S, i, t);
        
        // 如果子串与模式串不匹配，则需要继续推进
        if(StrCompare(sub, T) != 0) {
            ++i;
        } else {
            return i;
        }
    }
    
    return 0;                        //找不到匹配的则返回0
}

/*
 * 插入
 *
 * 将串T插入到主串S的pos位置处。
 */
Status StrInsert(LString* S, int pos, LString T) {
    Chunk* pre, * p;    // pre指向目标块的前驱，p指向目标块
    Chunk* h, * t;      // 指向新增的块链的头部和尾部
    Chunk* r;
    Chunk* s;
    int i, j, count;
    
    if(pos < 1 || pos > (*S).curlen + 1) {
        return ERROR;
    }
    
    // 如果待插入的串为空，则提前返回
    if(StrEmpty(T)) {
        return OK;
    }
    
    // 记录待插入块的起始块和终止块
    h = t = NULL;
    
    // 复制T中的块（只复制结构）
    for(r = T.head; r != NULL; r = r->next) {
        s = (Chunk*) malloc(sizeof(Chunk));
        if(s == NULL) {
            exit(OVERFLOW);
        }
        s->next = NULL;
        
        if(r == T.head) {
            h = t = s;
        } else {
            t->next = s;
            t = s;
        }
    }
    
    // 查找S中第pos个元素所在的块（注：称为目标块），并用指针pre指向它的前驱
    if(pos >= 1 && pos <= CHUNKSIZE) {
        pre = NULL;     // 说明第pos个元素所在块为head
        p = (*S).head;
    } else {
        for(count = 1, pre = (*S).head; count < (pos - 1) / CHUNKSIZE; count++, pre = pre->next) {
            // 空循环
        }
        p = pre->next;
    }
    
    /*
     * 接下来，将h到t范围的块插入到pos所在的块之前
     */
    
    if(pre == NULL) {
        t->next = (*S).head;
        (*S).head = h;
    } else {
        pre->next = h;
        t->next = p;
    }
    
    if(pre == (*S).tail) {
        (*S).tail = t;
    }
    
    /*
     * 移动/复制元素
     */
    
    j = 0;
    
    // 如果插入到了某个块的“中间”
    if((pos - 1) % CHUNKSIZE != 0) {
        // 移动目标块中pos位置之前的元素
        for(i = 1; i <= (pos - 1) % CHUNKSIZE; i++) {
            h->ch[j++] = p->ch[i - 1];
            p->ch[i - 1] = '\0';
        }
    }
    
    r = T.head;
    i = 0;
    
    // 复制T中的元素到S中
    for(count = 1; count <= T.curlen; count++) {
        h->ch[j] = r->ch[i];
        
        j = (j + 1) % CHUNKSIZE;
        i = (i + 1) % CHUNKSIZE;
        
        if(j == 0) {
            h = h->next;
        }
        
        if(i == 0) {
            r = r->next;
        }
    }
    
    // 如果T中最后一个块中包含'\0'
    if(T.curlen % CHUNKSIZE != 0) {
        r = p;  // 指向目标块
        i = (pos - 1) % CHUNKSIZE;
        
        // 移动目标块中pos位置及其之后的元素
        for(count = pos; count <= (*S).curlen; count++) {
            h->ch[j] = r->ch[i];
            r->ch[i] = '\0';
            
            j = (j + 1) % CHUNKSIZE;
            i = (i + 1) % CHUNKSIZE;
            
            if(j == 0) {
                h = h->next;
            }
            
            if(i == 0) {
                r = r->next;
            }
        }
    }
    
    (*S).curlen += T.curlen;
    
    return OK;
}

/*
 * 删除
 *
 * 删除S[pos, pos+len-1]。
 */
Status StrDelete(LString* S, int pos, int len) {
    Chunk* pre;     // 指向元素S[pos]所在的块的前驱
    Chunk* p;       // 指向元素S[pos]所在的块
    Chunk* q;       // 指向元素S[pos+len]所在的块
    Chunk* r;
    int i, j, count, total;
    
    if(pos < 1 || pos > (*S).curlen || len < 0 || pos + len - 1 > (*S).curlen) {
        return ERROR;
    }
    
    // 如果待删除的长度为0，则提前返回
    if(len == 0) {
        return OK;
    }
    
    // 查找S[pos]所在的块，并用指针pre指向它的前驱
    if(pos >= 1 && pos <= CHUNKSIZE) {
        pre = NULL;     // 说明第pos个元素所在块为head
        p = (*S).head;
    } else {
        for(count = 1, pre = (*S).head; count < (pos - 1) / CHUNKSIZE; count++, pre = pre->next) {
            // 空循环
        }
        p = pre->next;
    }
    
    // 查找S[pos+len]所在的块
    for(count = (pos - 1) / CHUNKSIZE, q = p; count < (pos + len - 1) / CHUNKSIZE; count++, q = q->next) {
        // 空循环
    }
    
    // 计算可能需要移动的元素个数
    total = (*S).curlen - (pos + len) + 1;
    
    // 把最终的长度先定下来
    (*S).curlen -= len;
    
    i = (pos - 1) % CHUNKSIZE;
    j = (pos + len - 1) % CHUNKSIZE;
    
    if(p != q) {
        // 删除p与q之间的块
        r = p->next;
        while(r != q) {
            p->next = r->next;
            free(r);
            r = p->next;
        }
        
        if(q == NULL) {
            (*S).tail = p;
        }
        
        // 如果需要删除p指向的整个块
        if((pos - 1) % CHUNKSIZE == 0) {
            // p已经指向块链的头部
            if(pre == NULL) {
                (*S).head = q;
            } else {
                pre->next = q;
            }
            
            free(p);
            p = q;
            
            if(q == NULL) {
                (*S).tail = pre;
            }
        }
    }
    
    // 已经就位
    if(p == q && i == j) {
        return OK;
    }
    
    for(count = 1; count <= total; count++) {
        // 移动元素
        p->ch[i] = q->ch[j];
        
        i = (i + 1) % CHUNKSIZE;
        j = (j + 1) % CHUNKSIZE;
        
        if(i == 0) {
            pre = p;
            p = p->next;
        }
        
        if(j == 0) {
            q = q->next;
        }
    }
    
    // 恰好填满了最后的块
    if(i == 0) {
        (*S).tail = pre;
        r = p;
    } else {
        (*S).tail = p;
        
        // 剩余部分填充非串值字符
        while(i < CHUNKSIZE) {
            p->ch[i++] = '\0';
        }
        
        r = p->next;
    }
    
    // 释放多余的空间
    while(r != NULL) {
        (*S).tail->next = r->next;
        free(r);
        r = (*S).tail->next;
    }
    
    return OK;
}

/*
 * 比较
 *
 * 比较串S和串T，返回比较结果。
 *
 *【注】
 * 该操作属于最小操作子集
 */
int StrCompare(LString S, LString T) {
    int i;
    Chunk* s = S.head;
    Chunk* t = T.head;
    
    while(s != NULL && t != NULL) {
        for(i = 0; i < CHUNKSIZE; i++) {
            if(s->ch[i] != t->ch[i]) {
                return s->ch[i] - t->ch[i];
            }
        }
        
        s = s->next;
        t = t->next;
    }
    
    if(s != NULL) {
        return 1;
    } else if(t != NULL) {
        return -1;
    } else {
        return 0;
    }
}

/*
 * 复制
 *
 * 将串S复制到串T。
 */
Status StrCopy(LString* T, LString S) {
    int i;
    Chunk* s, * p;
    
    for(p = S.head; p; p = p->next) {
        s = (Chunk*) malloc(sizeof(Chunk));
        if(s == NULL) {
            exit(OVERFLOW);
        }
        s->next = NULL;
        
        if(p == S.head) {
            (*T).head = (*T).tail = s;
        } else {
            (*T).tail->next = s;
            (*T).tail = s;
        }
        
        for(i = 0; i < CHUNKSIZE; i++) {
            (*s).ch[i] = (*p).ch[i];
        }
    }
    
    (*T).curlen = S.curlen;
    
    return OK;
}

/*
 * 替换
 *
 * 用V替换主串S中出现的所有与T相等的且不重叠的子串。
 *
 *【注】
 * 1.该操作依赖最小操作子集
 * 2.该实现比较低效
 */
Status Replace(LString* S, LString T, LString V) {
    int i;
    
    if(StrEmpty(*S) || StrEmpty(T)) {
        return ERROR;
    }
    
    // 在主串S中寻找模式串T第一次出现的位置
    i = Index(*S, T, 1);
    
    // 如果存在匹配的字符串
    while(i != 0) {
        StrDelete(S, i, StrLength(T));  // 从S中删除T
        StrInsert(S, i, V);             // 向S中插入V
        
        i += StrLength(V);      // i切换到下一个位置
        
        i = Index(*S, T, i);    // 查找下一个匹配的字符串
    }
    
    return OK;
}

/*
 * 串联接
 *
 * 联接S1和S2，并存储到T中返回。如果联接后的长度溢出，则只保留未溢出的部分。
 * 返回值表示联接后的串是否完整。
 *
 *【注】
 * 该操作属于最小操作子集
 */
Status Concat(LString* T, LString S1, LString S2) {
    Chunk* p;   // 用来遍历S1和S2
    Chunk* r;   // 遍历T
    Chunk* s;
    int i, j, count;
    
    // 计算长度信息
    (*T).curlen = S1.curlen + S2.curlen;
    
    // 计算需要创建多少个块
    count = (*T).curlen / CHUNKSIZE + ((*T).curlen % CHUNKSIZE == 0 ? 0 : 1);
    
    // 复制S1的结构
    for(i = 1; i <= count; i++) {
        s = (Chunk*) malloc(sizeof(Chunk));
        if(s == NULL) {
            exit(OVERFLOW);
        }
        s->next = NULL;
        
        if(i == 1) {
            (*T).head = (*T).tail = s;
        } else {
            (*T).tail->next = s;
            (*T).tail = s;
        }
    }
    
    i = 0;
    r = (*T).head;
    
    // 复制S1中的数据
    j = 0;
    p = S1.head;
    for(count = 0; count < S1.curlen; count++) {
        r->ch[i] = p->ch[j];
        
        i = (i + 1) % CHUNKSIZE;
        j = (j + 1) % CHUNKSIZE;
        
        if(i == 0) {
            r = r->next;
        }
        
        if(j == 0) {
            p = p->next;
        }
    }
    
    // 复制S2中的数据
    j = 0;
    p = S2.head;
    for(count = 0; count < S2.curlen; count++) {
        r->ch[i] = p->ch[j];
        
        i = (i + 1) % CHUNKSIZE;
        j = (j + 1) % CHUNKSIZE;
        
        if(i == 0) {
            r = r->next;
        }
        
        if(j == 0) {
            p = p->next;
        }
    }
    
    // 多余的空间填充非串值字符
    if(i != 0) {
        while(i < CHUNKSIZE) {
            r->ch[i] = '\0';
            i++;
        }
    }
    
    return OK;
}

// 测试函数，打印字符串
void StrPrint(LString S) {
    int i = 0;
    Chunk* p = S.head;
    
    if(S.curlen == 0 || S.head == NULL || S.tail == NULL) {
        return;
    }
    
    while(p != NULL) {
        // 遇到非串值符号时结束遍历
        if(p->ch[i] == '\0') {
            break;
        }
        
        printf("%c", p->ch[i]);
        
        i = (i + 1) % CHUNKSIZE;
        
        if(i == 0) {
            p = p->next;
        }
    }
    
    printf("\n");
}