第四部分、字符串，数据结构中的串存储结构

串存储结构，也就是存储字符串的数据结构。

很明显，字符串之间的逻辑关系也是“一对一”，用线性表的思维不难想出，串存储结构也有顺序存储和链式存储。

提到字符串，常做的操作就是串之间的匹配，因为，本章给初学者介绍 2 种串的模式匹配算法，BF 算法和 KMP 算法。

三、串的堆分配存储结构

串的堆分配存储，其具体实现方式是采用动态数组存储字符串。

通常，编程语言会将程序占有的内存空间分成多个不同的区域，程序包含的数据会被分门别类并存储到对应的区域。拿 C 语言来说，程序会将内存分为 4 个区域，分别为堆区、栈区、数据区和代码区，其中的堆区是本节所关注的。

与其他区域不同，堆区的内存空间需要程序员手动使用 malloc 函数申请，并且在不用后要手动通过 free 函数将其释放。

C 语言中使用 malloc 函数最多的场景是给数组分配空间，这类数组称为动态数组。例如：

char * a = (char*)malloc(5*sizeof(char));

此行代码创建了一个动态数组 a，通过使用 malloc 申请了 5 个 char 类型大小的堆存储空间。

动态数组相比普通数组（静态数组）的优势是长度可变，换句话说，根据需要动态数组可额外申请更多的堆空间（使用 relloc 函数）：

a = (char*)realloc(a, 10*sizeof(char));

通过使用这行代码，之前具有 5 个 char 型存储空间的动态数组，其容量扩大为可存储 10 个 char 型数据。

下面给大家举一个完整的示例，以便对串的堆分配存储有更清楚地认识。该程序可实现将两个串（"data.bian" 和 "cheng.net"）合并为一个串：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

int main()

{

        char * a1 = NULL;

        char * a2 = NULL;

        a1 = (char*)malloc(10 * sizeof(char));

        strcpy(a1, "data.bian");//将字符串"data.bian"复制给a1

        a2 = (char*)malloc(10 * sizeof(char));

        strcpy(a2, "cheng.net");

        int lengthA1 = strlen(a1);//a1串的长度

        int lengthA2 = strlen(a2);//a2串的长度

        //尝试将合并的串存储在 a1 中，如果 a1 空间不够，则用realloc动态申请

        if (lengthA1 < lengthA1 + lengthA2) {

                a1 = (char*)realloc(a1, (lengthA1 + lengthA2+1) * sizeof(char));

        }

        //合并两个串到 a1 中

        for (int i = lengthA1; i < lengthA1 + lengthA2; i++) {

                a1[i] = a2[i - lengthA1];

        }

        //串的末尾要添加 \0，避免出错

        a1[lengthA1 + lengthA2] = '\0';

        printf("%s", a1);

        //用完动态数组要立即释放

        free(a1);

        free(a2);

        return 0;

}

程序运行结果：

data.biancheng.net

注意，程序中给 a1 和 a2 赋值时，使用了 strcpy 复制函数。这里不能直接用 a1 ="data.biancheng"，程序编译会出错，报错信息为 "没有 malloc 的空间不能 free"。因为 strcpy 函数是将字符串复制到申请的存储空间中，而直接赋值是字符串存储在别的内存空间（本身是一个常量，放在数据区）中，更改了指针 a1 和 a2 的指向，也就是说，之前动态申请的存储空间虽然申请了，结果还没用呢就丢了。

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四、串的块链存储结构

串的块链存储，指的是使用链表结构存储字符串。

本节实现串的块链存储使用的是无头节点的单链表。当然根据实际需要，你也可以自行决定所用链表的结构（双链表还是单链表，有无头节点）。

我们知道，单链表中的 "单" 强调的仅仅是链表各个节点只能有一个指针，并没有限制数据域中存储数据的具体个数。因此在设计链表节点的结构时，可以令各节点存储多个数据。

例如，图 1 所示是用链表存储字符串 shujujiegou，该链表各个节点中可存储 1 个字符：

图 1 各节点仅存储 1 个数据元素的链表

同样，图 2 设置的链表各节点可存储 4 个字符：

图 2 各节点可存储 4 个数据元素的链表

从图 2 可以看到，使用链表存储字符串，其最后一个节点的数据域不一定会被字符串全部占满，对于这种情况，通常会用 '#' 或其他特殊字符（能与字符串区分开就行）将最后一个节点填满。

初学者可能会问，使用块链结构存储字符串时，怎样确定链表中节点存储数据的个数呢？

链表各节点存储数据个数的多少可参考以下几个因素：

1. 串的长度和存储空间的大小：若串包含数据量很大，且链表申请的存储空间有限，此时应尽可能的让各节点存储更多的数据，提高空间的利用率（每多一个节点，就要多申请一个指针域的空间）；反之，如果串不是特别长，或者存储空间足够，就需要再结合其他因素综合考虑；
2. 程序实现的功能：如果实际场景中需要对存储的串做大量的插入或删除操作，则应尽可能减少各节点存储数据的数量；反之，就需要再结合其他因素。

以上两点仅是目前想到影响节点存储数据个数的因素，在实际场景中，还需结合实现环境综合分析。

这里给出一个实现串的块链存储的 C 语言程序，以加深初学者对此字符串存储方式的认识：

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<string.h>

#define linkNum 3//全局设置链表中节点存储数据的个数

typedef struct Link {

        char a[linkNum]; //数据域可存放 linkNum 个数据

        struct Link * next; //代表指针域，指向直接后继元素

}link; // nk为节点名，每个节点都是一个 link 结构体

link * initLink(link * head, char * str);

void displayLink(link * head);

int main()

{

        link * head = NULL;

        head = initLink(head, "data.biancheng.net");

        displayLink(head);

        return 0;

}

//初始化链表，其中head为头指针，str为存储的字符串

link * initLink(link * head, char * str) {

        int length = strlen(str);

        //根据字符串的长度，计算出链表中使用节点的个数

        int num = length/linkNum;

        if (length%linkNum) {

                num++;

        }

        //创建并初始化首元节点

        head = (link*)malloc(sizeof(link));

        head->next = NULL;

        link *temp = head;

        //初始化链表

        for (int i = 0; i<num; i++)

        {

                int j = 0;

                for (; j<linkNum; j++)

                {

                        if (i*linkNum + j < length) {

                                temp->a[j] = str[i*linkNum + j];

                        }

                        else

                                temp->a[j] = '#';

                }

                if (i*linkNum + j < length)

                {

                        link * newlink = (link*)malloc(sizeof(link));

                        newlink->next = NULL;

                        temp->next = newlink;

                        temp = newlink;

                }

        }

        return head;

}

//输出链表

void displayLink(link * head) {

        link * temp = head;

        while (temp) {

                for (int i = 0; i < linkNum; i++) {

                        printf("%c", temp->a[i]);

                }

                temp = temp->next;

        }

}

程序输出结果为：

data.biancheng.net