leecode-C语言实现-28. 找出字符串中第一个匹配项的下标
一、题目
给你两个字符串 haystack 和 needle ，请你在 haystack 字符串中找出 needle 字符串的第一个匹配项的下标（下标从 0 开始）。如果 needle 不是 haystack 的一部分，则返回 -1 。
1、示例一
输入：haystack = "sadbutsad", needle = "sad"
输出：0
解释："sad" 在下标 0 和 6 处匹配。
第一个匹配项的下标是 0 ，所以返回 0 。
2、示例 二
输入：haystack = "leetcode", needle = "leeto"
输出：-1
解释："leeto" 没有在 "leetcode" 中出现，所以返回 -1 。
3、提示
1 <= haystack.length, needle.length <= 10**4
haystack 和 needle 仅由小写英文字符组成
二、解题思路
这里可以用两种方法进行解题，一种是BF算法（Brute Force暴力搜索算法），算法时间复杂度为O(n*m)，另一种是KMP算法（BF算法改进），算法时间复杂度为O(n+m)。这里我们用KMP算法进行解题，最好结合着《三、函数介绍》来看。
在进行字符串匹配之前，我们需要算出模式串的前缀表，也就是算出模式串从第一个字符到倒数第二字符的最长公共前后缀。如下图：
我们可以根据第一个A来推导AB,再来推导ABA的最长公共前后缀，推导方法为：
A只有一个，最长公共前后缀：0。
AB，新增字符B，A和B不相等，最长公共前后缀：0。
ABA，新增字符A，A和A相等，最长公共前后缀：1。
ABAB，新增字符B，B和B（上一个最长公共前后缀：1为索引位的值为B）相等，最长公共前后缀：2。
ABABC，新增字符C，C和A（上一个最长公共前后缀：2为索引位的值为A）不相等，这时需要计算前两位AB和后两位BC是否相等，不相等，最长公共前后缀：0。
ABABCA，新增字符A，A和A（上一个最长公共前后缀：0,所以直接和头部的A比较）相等，最长公共前后缀：1。
ABABCAB，新增字符B，B和B（上一个最长公共前后缀：1为索引位的值为B）相等，最长公共前后缀加一变为：2。
ABABCABA，新增字符A，A和A（上一个最长公共前后缀：2为索引位的值为A）相等，最长公共前后缀加一变为：3。
再在前缀表的前面加-1主要是为了方便计算，就到了最终版前缀表。
前缀表PrefixTable，主串索引PrimaryStrIndex，模式串索引SubStrIndex，从0开始匹配，当匹配到4号索引位时和主串字符不同，SubStrIndex由4变为PrefixTable[4]也就是2，模式串的2号索引位为A，相等和主串索引4号位A，继续匹配。
当匹配到PrimaryStrIndex=6，SubStrIndex=4时，又不想等，将SubStrIndex置为PrefixTable[4]也就是2，模式串的2号索引位为A，相等和主串索引6号位A，继续匹配，发现全部匹配上，就OK了。
三、函数介绍
1、GetPrefixTable
（1）用途
给出字符串StrArray及其长度StrArrayLen，返回一个int类型的前缀表数组。
（2）源码
int* GetPrefixTable(char* StrArray, size_t StrArrayLen)
{
int* PrefixTable = (int*)malloc(sizeof(int) * StrArrayLen);
PrefixTable[0] = -1;
if(StrArrayLen == 1)
{
return PrefixTable;
}
PrefixTable[1] = 0;
size_t StrArrayIndex = 1;
size_t PrefixTableIndex;
size_t i = 0;
for(PrefixTableIndex = 2; PrefixTableIndex（3）参数
参数名 |
描述 |
StrArray |
char*类型StrArray字符串。 |
StrArrayLen |
size_t类型的StrArray长度。 |
2、KmpSearch
（1）用途
在主串PrimaryStr搜索第Times次出现的模式串SubStr，返回SubStr的首字符在PrimaryStr的索引位。如果匹配失败返回-1。
（2）源码
int KmpSearch(char* PrimaryStr, char* SubStr, int Times)
{
if(PrimaryStr == NULL || SubStr == NULL)
{
return -1;
}
if(Times < 1)
{
return -1;
}
size_t PrimaryStrLen = strlen(PrimaryStr);
size_t SubStrLen = strlen(SubStr);
if(SubStrLen > PrimaryStrLen)
{
return -1;
}
else if(SubStrLen == PrimaryStrLen)
{
if(strcmp(SubStr,PrimaryStr) == 0)
{
return 0;
}
else
{
return -1;
}
}
long long PrimaryStrIndex = 0;
long long SubStrIndex = 0;
int Cnt = 0;//匹配次数和Times对应。
int* PrefixTable = GetPrefixTable(SubStr, SubStrLen);
PrintArray(PrimaryStr, PrimaryStrLen, sizeof(char));
PrintArray(SubStr, SubStrLen, sizeof(char));
PrintArray(PrefixTable, SubStrLen, sizeof(int));
while(PrimaryStrIndex < PrimaryStrLen)
{
if(PrimaryStr[PrimaryStrIndex] == SubStr[SubStrIndex])
{
PrimaryStrIndex++;
SubStrIndex++;
if(SubStrIndex == SubStrLen)
{
Cnt++;
if(Cnt == Times)
{
return PrimaryStrIndex - SubStrIndex;
}
SubStrIndex--;
SubStrIndex = PrefixTable[SubStrIndex];
}
}
else
{
SubStrIndex = PrefixTable[SubStrIndex];
if(SubStrIndex == -1)
{
PrimaryStrIndex++;
SubStrIndex++;
}
}
}
free(PrefixTable);
return -1;
}（3）参数
参数名 |
描述 |
PrimaryStr |
char*类型主串。 |
SubStr |
char*类型模式串。 |
Times |
匹配第几次 |
四、虚机测试源码
# include
# include
# include
int* GetPrefixTable(char* StrArray, size_t StrArrayLen);
int KmpSearch(char* PrimaryStr, char* SubStr, int Times);
void PrintArray(void* Array, size_t ArrayLen, size_t TypeFlag);
int main()
{
char* PrimaryStr = "ABABABABCABAAB";
char* SubStr = "ABABCABAA";
printf("Position : %d\n",KmpSearch(PrimaryStr, SubStr, 1));
return 0;
}
int* GetPrefixTable(char* StrArray, size_t StrArrayLen)
{
int* PrefixTable = (int*)malloc(sizeof(int) * StrArrayLen);
PrefixTable[0] = -1;
if(StrArrayLen == 1)
{
return PrefixTable;
}
PrefixTable[1] = 0;
size_t StrArrayIndex = 1;
size_t PrefixTableIndex;
size_t i = 0;
for(PrefixTableIndex = 2; PrefixTableIndex PrimaryStrLen)
{
return -1;
}
else if(SubStrLen == PrimaryStrLen)
{
if(strcmp(SubStr,PrimaryStr) == 0)
{
return 0;
}
else
{
return -1;
}
}
long long PrimaryStrIndex = 0;
long long SubStrIndex = 0;
int Cnt = 0;//匹配次数和Times对应。
int* PrefixTable = GetPrefixTable(SubStr, SubStrLen);
PrintArray(PrimaryStr, PrimaryStrLen, sizeof(char));
PrintArray(SubStr, SubStrLen, sizeof(char));
PrintArray(PrefixTable, SubStrLen, sizeof(int));
while(PrimaryStrIndex < PrimaryStrLen)
{
if(PrimaryStr[PrimaryStrIndex] == SubStr[SubStrIndex])
{
PrimaryStrIndex++;
SubStrIndex++;
if(SubStrIndex == SubStrLen)
{
Cnt++;
if(Cnt == Times)
{
return PrimaryStrIndex - SubStrIndex;
}
SubStrIndex--;
SubStrIndex = PrefixTable[SubStrIndex];
}
}
else
{
SubStrIndex = PrefixTable[SubStrIndex];
if(SubStrIndex == -1)
{
PrimaryStrIndex++;
SubStrIndex++;
}
}
}
free(PrefixTable);
return -1;
}
void PrintArray(void* Array, size_t ArrayLen, size_t TypeFlag)
{
size_t i;
printf("Array : ");
for(i = 0; i < ArrayLen; i++)
{
switch(TypeFlag)
{
case sizeof(int) : printf("%d ",((int*)Array)[i]); break;
case sizeof(char) : printf("%c ",((char*)Array)[i]); break;
default : printf("Unknow Type!!!\n" );
}
}
printf("\n==================================\n");
} 五、虚机测试
[gbase@czg2 LinearTable_String_KMP]$ make
gcc -Wall -g KmpSearch.c -o Test_KmpSearch
[gbase@czg2 LinearTable_String_KMP]$ ./Test_KmpSearch
Array : A B A B A B A B C A B A A B
==================================
Array : A B A B C A B A A
==================================
Array : -1 0 0 1 2 0 1 2 3
==================================
Position : 4六、Leecode提交源码
int* GetPrefixTable(char* StrArray, size_t StrArrayLen);
int KmpSearch(char* PrimaryStr, char* SubStr, int Times);
int strStr(char * haystack, char * needle){
return KmpSearch(haystack, needle, 1);
}
int* GetPrefixTable(char* StrArray, size_t StrArrayLen)
{
int* PrefixTable = (int*)malloc(sizeof(int) * StrArrayLen);
PrefixTable[0] = -1;
if(StrArrayLen == 1)
{
return PrefixTable;
}
PrefixTable[1] = 0;
size_t StrArrayIndex = 1;
size_t PrefixTableIndex;
int i = 0;
for(PrefixTableIndex = 2; PrefixTableIndex PrimaryStrLen)
{
return -1;
}
else if(SubStrLen == PrimaryStrLen)
{
if(strcmp(SubStr,PrimaryStr) == 0)
{
return 0;
}
else
{
return -1;
}
}
long long PrimaryStrIndex = 0;
long long SubStrIndex = 0;
int Cnt = 0;//匹配次数和Times对应。
int* PrefixTable = GetPrefixTable(SubStr, SubStrLen);
//PrintArray(PrimaryStr, PrimaryStrLen, sizeof(char));
//PrintArray(SubStr, SubStrLen, sizeof(char));
//PrintArray(PrefixTable, SubStrLen, sizeof(int));
while(PrimaryStrIndex < PrimaryStrLen)
{
if(PrimaryStr[PrimaryStrIndex] == SubStr[SubStrIndex])
{
PrimaryStrIndex++;
SubStrIndex++;
if(SubStrIndex == SubStrLen)
{
Cnt++;
if(Cnt == Times)
{
return PrimaryStrIndex - SubStrIndex;
}
SubStrIndex--;
SubStrIndex = PrefixTable[SubStrIndex];
}
}
else
{
SubStrIndex = PrefixTable[SubStrIndex];
if(SubStrIndex == -1)
{
PrimaryStrIndex++;
SubStrIndex++;
}
}
}
free(PrefixTable);
return -1;
}
void PrintArray(void* Array, size_t ArrayLen, size_t TypeFlag)
{
size_t i;
printf("Array : ");
for(i = 0; i < ArrayLen; i++)
{
switch(TypeFlag)
{
case sizeof(int) : printf("%d ",((int*)Array)[i]); break;
case sizeof(char) : printf("%c ",((char*)Array)[i]); break;
default : printf("Unknow Type!!!\n" );
}
}
printf("\n==================================\n");
} 七、Leecode通过截图
