日撸Java三百行（day19：字符串匹配）

目录

一、字符串的一些基础知识

二、代码实现

1.字符类的创建

2.字符类的遍历

3.字符串匹配

4.字符串截取

5.数据测试

6.完整的程序代码

总结

一、字符串的一些基础知识

字符串（String）是用一对双引号括起来的零个或多个字符组成的有限序列，在java中，字符串是被作为对象来处理的。常用的字符串可以分为以下两大类：

  • String类：创建之后不允许再做修改的字符串常量
  • StringBuffer类：创建之后允许再做修改的字符串变量

毫无疑问，字符串是计算机处理信息的基础，毕竟我们向计算机输入的信息本质上都是字符串，而计算机所谓的“打印”实际上也是以字符串的形式显示出来的。所以，要想学好计算机，学会并熟练使用字符串以及字符串的各种操作（比如拼接、比较、截取、查找和替换等）是必不可少的。下面，我们就来进行一些基础的字符串操作，话不多说，上代码！

二、代码实现

其实字符串也是一种线性表，它和之前的栈、队列一样，有顺序存储结构、链式存储结构这两种存储方式，今天我们采用的是顺序存储结构，即以顺序表（数组）为底层进行模拟。

1.字符类的创建

相信经过这几天的学习，大家对类的创建已经差不多熟练了，这里就不过多阐述了。 

public class MyString {/*** The maximal length.*/public static final int MAX_LENGTH = 10;/*** The actual length.*/int length;/*** The data.*/char[] data;/************************ Construct an empty char array.**********************/public MyString() {length = 0;data = new char[MAX_LENGTH];}// Of the first constructor/************************ Construct using a system defined string.* * @param paraString* The given string. Its length should not exceed MAX_LENGTH - 1.**********************/public MyString(String paraString) {data = new char[MAX_LENGTH];length = paraString.length();// Copy data.for (int i = 0; i < length; i++) {data[i] = paraString.charAt(i);} // Of for i} // Of the second constructor

注意，为了后续操作方便，这里我们使用了charAt()方法+for循环，从而将字符串paraString复制到之前定义的数组data中。

2.字符类的遍历

    /************************ Overrides the method claimed in Object, the superclass of any class.**********************/public String toString() {String resultString = "";for (int i = 0; i < length; i++) {resultString += data[i];} // Of for ireturn resultString;} // Of toString

 同样的，我们重写toString()方法来实现字符串遍历。

3.字符串匹配

进行代码模拟之前，我们先来了解一下什么是字符串匹配。所谓“字符串匹配”，就是给定一个模式字符串（相当于原字符串的子串），判断其是否存在于主字符串（即原字符串）中，如果存在，确定该模式串出现的位置。显然，模式串的长度(patternLength) ≤ 主串的长度(mainLength)。

具体操作的方法为：将模式串的元素逐个与主串一一比对，直到在主串中找到某一段连续的部分与模式串完全匹配，此时模式串中第一个元素的下标即为该模式串出现的位置。

为了更好地理解字符串匹配的过程，我们用图来说明：

每次匹配，都是将模式串中的元素逐个（即从头到尾）与主串中的对应元素进行比对，若全部相同则匹配成功；若匹配过程中出现模式串的某个元素与对应元素不一样则立即停止，直接移动模式串进行下一次匹配。此外，由上图可以看出，最多需要进行mainLength - patternLength + 1次匹配。

理解字符串匹配的原理后，我们就可以开始代码实现了，如下：

    /************************ Locate the position of a substring.* * @param paraString The given substring.* @return The first position. -1 for no matching.**********************/public int locate(MyString paraMyString) {boolean tempMatch = false;for (int i = 0; i < length - paraMyString.length + 1; i++) {// Initialize.tempMatch = true;for (int j = 0; j < paraMyString.length; j++) {if (data[i + j] != paraMyString.data[j]) {tempMatch = false;break;} // Of if} // Of for jif (tempMatch) {return i;} // Of if} // Of for ireturn -1;} // Of locate

这里我们用到的是两层for循环，外层for-i循环是控制匹配次数的循环，因为最多匹配mainLength - patternLength + 1次且i的初始值为0，所以循环控制条件即为i < mainLength - patternLength + 1；而内层for-j循环则控制每次匹配时对模式串元素从头到尾进行比对，相当于对模式串进行一次遍历操作。注意，每次匹配时一旦出现比对失败就立即停止，马上进行下一次匹配，所以我们这里增加了一个if判断语句+break语句。

如果某次匹配全部比对成功，则执行完for-j循环后tempMatch仍为true，所以直接返回i，因为此时的i恰好就是模式串第一个元素当前所处的位置。

4.字符串截取

 所谓“字符串截取”，顾名思义，就是从原字符串中截取某一部分的内容，有以下两种方法：

  • 给定截取内容的开头下标以及整个截取内容的长度
  • 给定截取内容的开头下标和结尾下标

通常我们用的是第一种方法，代码如下：

    /************************ Get a substring* * @param paraString The given substring.* @param paraStartPosition The start position in the original string.* @param paraLength The length of the new string.* @return The first position. -1 for no matching.**********************/public MyString substring(int paraStartPosition, int paraLength) {if (paraStartPosition + paraLength > length) {System.out.println("The bound is exceeded.");return null;} // Of ifMyString resultMyString = new MyString();resultMyString.length = paraLength;for (int i = 0; i < paraLength; i++) {resultMyString.data[i] = data[paraStartPosition + i];} // Of for ireturn resultMyString;} // Of substring

当然，在进行字符串截取之前，还需要提前判断我们想要截取的内容是否超出了原字符串的范围。这里我们通过if语句进行判断，当paraStartPosition + paraLength > length（即截取内容已超出原字符串的范围）时，输出" The bound is exceeded."，并返回null。如果没有超出范围，则从截取内容的开头下标开始遍历，将内容copy到结果字符串中。

5.数据测试

 接着，我们进行如下的数据测试（注意，空格、标点符号等也算一个字符）：

  • 测试一：在字符串" I like ik. "中，进行模式串" ik "的匹配，可以预测结果应该为3（以首次匹配成功为准）
  • 测试二：在字符串" I like ik. "中，进行模式串" ki "的匹配，原字符串中不存在模式串" ki "，所以应该返回-1
  • 测试三：在字符串" I like ik. "中，截取开头下标为1，内容长度为2的字符串，预测结果为" l"
  • 测试四：在字符串" I like ik. "中，截取开头下标为5，内容长度为5的字符串，可以预测结果为"e ik."
  • 测试五：在字符串" I like ik. "中，截取开头下标为5，内容长度为6的字符串，显然此时已经超出范围，所以输出"The bound is exceeded."
    /************************ The entrance of the program.* * @param args Not used now.**********************/public static void main(String args[]) {MyString tempFirstString = new MyString("I like ik.");MyString tempSecondString = new MyString("ik");int tempPosition = tempFirstString.locate(tempSecondString);System.out.println("The position of \"" + tempSecondString + "\" in \"" + tempFirstString+ "\" is: " + tempPosition);MyString tempThirdString = new MyString("ki");tempPosition = tempFirstString.locate(tempThirdString);System.out.println("The position of \"" + tempThirdString + "\" in \"" + tempFirstString+ "\" is: " + tempPosition);tempThirdString = tempFirstString.substring(1, 2);System.out.println("The substring is: \"" + tempThirdString + "\"");tempThirdString = tempFirstString.substring(5, 5);System.out.println("The substring is: \"" + tempThirdString + "\"");tempThirdString = tempFirstString.substring(5, 6);System.out.println("The substring is: \"" + tempThirdString + "\"");} // Of main

6.完整的程序代码

package datastructure;/*** My string. String is a class provided by the language, so I use another name.* It is essentially a sequential list with char type elements.**@auther Xin Lin 3101540094@qq.com.*/public class MyString {/*** The maximal length.*/public static final int MAX_LENGTH = 10;/*** The actual length.*/int length;/*** The data.*/char[] data;/************************ Construct an empty char array.**********************/public MyString() {length = 0;data = new char[MAX_LENGTH];}// Of the first constructor/************************ Construct using a system defined string.* * @param paraString* The given string. Its length should not exceed MAX_LENGTH - 1.**********************/public MyString(String paraString) {data = new char[MAX_LENGTH];length = paraString.length();// Copy data.for (int i = 0; i < length; i++) {data[i] = paraString.charAt(i);} // Of for i} // Of the second constructor/************************ Overrides the method claimed in Object, the superclass of any class.**********************/public String toString() {String resultString = "";for (int i = 0; i < length; i++) {resultString += data[i];} // Of for ireturn resultString;} // Of toString/************************ Locate the position of a substring.* * @param paraString The given substring.* @return The first position. -1 for no matching.**********************/public int locate(MyString paraMyString) {boolean tempMatch = false;for (int i = 0; i < length - paraMyString.length + 1; i++) {// Initialize.tempMatch = true;for (int j = 0; j < paraMyString.length; j++) {if (data[i + j] != paraMyString.data[j]) {tempMatch = false;break;} // Of if} // Of for jif (tempMatch) {return i;} // Of if} // Of for ireturn -1;} // Of locate/************************ Get a substring* * @param paraString The given substring.* @param paraStartPosition The start position in the original string.* @param paraLength The length of the new string.* @return The first position. -1 for no matching.**********************/public MyString substring(int paraStartPosition, int paraLength) {if (paraStartPosition + paraLength > length) {System.out.println("The bound is exceeded.");return null;} // Of ifMyString resultMyString = new MyString();resultMyString.length = paraLength;for (int i = 0; i < paraLength; i++) {resultMyString.data[i] = data[paraStartPosition + i];} // Of for ireturn resultMyString;} // Of substring/************************ The entrance of the program.* * @param args Not used now.**********************/public static void main(String args[]) {MyString tempFirstString = new MyString("I like ik.");MyString tempSecondString = new MyString("ik");int tempPosition = tempFirstString.locate(tempSecondString);System.out.println("The position of \"" + tempSecondString + "\" in \"" + tempFirstString+ "\" is: " + tempPosition);MyString tempThirdString = new MyString("ki");tempPosition = tempFirstString.locate(tempThirdString);System.out.println("The position of \"" + tempThirdString + "\" in \"" + tempFirstString+ "\" is: " + tempPosition);tempThirdString = tempFirstString.substring(1, 2);System.out.println("The substring is: \"" + tempThirdString + "\"");tempThirdString = tempFirstString.substring(5, 5);System.out.println("The substring is: \"" + tempThirdString + "\"");tempThirdString = tempFirstString.substring(5, 6);System.out.println("The substring is: \"" + tempThirdString + "\"");} // Of main
} // Of class MyString

运行结果

显然，运行结果与预测结果保持一致。

总结

总的来说，字符串不仅是计算机处理信息的基础，还涉及到很多应用程序的核心功能，所以掌握字符串及其相关操作对编程学习是非常重要的。此外，对于今天的字符串匹配操作，我们采用的是BF暴力算法，但其实还有KMP算法、Rabin-Karp算法、Boyer-Moore算法等。

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