数据结构-串-了解串-串的基本操作

一、了解串

串的定义

串（String）是由零个或多个字符组成的有限序列。串在计算机科学中是一个非常重要的概念，通常用于表示文本数据。根据字符的编码方式，串可以由 ASCII、Unicode 等编码格式表示。串的基本特性包括：

字符集：串中的字符来自于特定的字符集，如 ASCII、UTF-8 等。
长度：串的长度是指串中字符的数量，可以是零（空串）或正整数。
不可变性：在某些编程语言（如 Python）中，串是不可变的，即一旦创建，其内容不能被更改；而在其他语言（如 C++）中，串可以是可变的。

串的存储结构

1. 串的定长顺序存储表示

定义：使用一个固定长度的数组来存储串中的字符。数组的大小在定义时就确定，通常在数组的最后一个位置放置一个特殊字符（如空字符 '\0'）来标识串的结束。
特点：
- 优点：
  - 访问效率高：可以通过下标直接访问任意位置的字符，时间复杂度为 O(1)。
  - 实现简单：数据结构简单，易于实现和使用。
- 缺点：
  - 固定大小：在创建时需要指定数组的大小，若实际存储的字符数超过了数组大小，会导致溢出。
  - 空间浪费：如果实际字符数小于数组大小，会造成内存的浪费。
示例：

char str[100]; // 定义一个长度为100的字符数组

2. 堆分配存储表示

定义：使用动态内存分配（如 malloc 在 C 语言中）来存储串。可以根据实际需要分配内存，串的长度可以在运行时确定。
特点：
- 优点：
  - 灵活性高：可以动态地分配和释放内存，避免了固定大小的限制。
  - 没有空间浪费：只占用实际字符所需的内存，不会浪费空间。
- 缺点：
  - 访问效率低：由于需要通过指针访问，时间复杂度为 O(n)，并且可能会涉及到额外的内存管理开销。
  - 内存管理复杂：需要手动管理内存，容易导致内存泄漏或悬空指针。

示例：

char *str = (char *)malloc(n * sizeof(char));  // 动态分配长度为 n 的字符数组

3. 块链存储表示--暂时未写代码

定义：将串分成若干个块，每个块可以是一个固定长度的数组，通过链表将这些块连接起来。适合于较长的串，能够有效管理内存。
特点：
- 优点：
  - 灵活性高：可以根据需要增加或减少块的数量，避免了固定大小的限制。
  - 节省空间：通过块的方式，可以更好地管理内存，避免了过多的内存浪费。
- 缺点：
  - 访问效率低：访问某个字符需要遍历块，时间复杂度为 O(n)，相较于顺序存储结构较慢。
  - 实现复杂：需要实现块的管理和链表操作，增加了实现的复杂性。
示例：

typedef struct Block {
char data[BLOCK_SIZE]; // 每个块的固定大小
struct Block* next; // 指向下一个块的指针
} Block;

Block* head; // 链表头指针

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串的基本操作

1. 串的结构表示

2. 赋值操作

描述：将一个串的值赋给另一个串。
细节：
- 确保目标串有足够的空间来存放源串的内容。
- 将源串中的每个字符逐个复制到目标串中，直到遇到结束符（如 '\0'）。
- 可以使用循环或字符串处理函数来完成。

3. 判空操作

描述：检查串是否为空。
细节：
- 判断串的首字符是否为结束符（如 '\0'）。
- 如果是，则表示串为空；否则，串不为空。

4. 比较操作

描述：比较两个串的大小关系。
细节：
- 从第一个字符开始逐个比较两个串的字符。
- 如果某个字符不相同，则返回该字符的 ASCII 值差。
- 如果所有字符相同且都到达结束符，返回 0，表示两个串相等。

5. 求串长

描述：计算串的长度。
细节：
- 从串的首字符开始，逐个计数，直到遇到结束符（如 '\0'）。
- 返回计数的结果，即为串的长度。

6. 求子串

描述：从一个串中提取出指定位置和长度的子串。
细节：
- 确定起始位置和长度，确保起始位置在串的有效范围内。
- 创建一个新的串来存放子串。
- 从起始位置开始，逐个复制指定长度的字符到新串中。

7. 串联接

描述：将两个串连接成一个新的串。
细节：
- 确保目标串有足够的空间来存放两个串的内容。
- 将第一个串的内容复制到目标串中，然后在目标串的末尾添加第二个串的内容。
- 在连接后，确保新串以结束符（如 '\0'）结束。

8. 定位操作

描述：查找一个子串在主串中的位置。
细节：
- 从主串的每个字符开始，逐个检查是否与子串的首字符匹配。
- 如果匹配，则逐个比较后续字符，直到子串的所有字符都匹配或到达主串的末尾。
- 如果找到匹配，返回位置索引；如果未找到，返回 -1。

9. 清空操作

描述：将串的内容清空，变为一个空串。
细节：
- 将串的首字符设置为结束符（如 '\0'）。
- 可选：释放与串相关的内存（如果使用动态分配），以避免内存泄漏。

10. 销毁操作

描述：释放串所占用的内存。
细节：
- 对于动态分配的串，使用相应的内存释放函数（如 free）。
- 确保所有指向该串的指针都被清空，以避免悬空指针问题。

二、串的定长顺序存储表示（C语言）

1. 定长顺序存储结构

#define MAXLEN 255  // 定义字符串最大长度
typedef struct {
    char ch[MAXLEN]; // 存储字符串的字符数组
    int length;      // 字符串的当前长度
} SString;

// 初始化字符串
void InitString(SString* S) {
    if (S != NULL) { // 检查指针有效性
        S->length = 0;
        S->ch[S->length] = '\0'; // 确保字符串结束
    }
}

2. 赋值操作

// 赋值操作
void StrAssign(SString* dest, const SString* src) {
    if (dest == NULL || src == NULL) return; // 检查指针有效性

    // 复制长度
    dest->length = src->length;

    // 复制字符数组
    for (int i = 0; i < src->length; i++) {
        dest->ch[i] = src->ch[i];
    }

    // 添加结束符
    dest->ch[dest->length] = '\0';
}

3. 判空操作

// 判空操作
bool StrEmpty(SString S) {
    return S.length == 0; // 如果长度为0，则字符串为空
}

4. 比较操作

// 比较操作
int StrCompare(const SString* S, const SString* T) {
    int lengthDiff = S->length - T->length; // 先比较长度
    if (lengthDiff != 0) return lengthDiff; // 长度不同，返回差值

    // 长度相同，逐个字符比较
    for (int i = 0; i < S->length; i++) {
        if (S->ch[i] > T->ch[i]) return 1; // S 大于 T
        if (S->ch[i] < T->ch[i]) return -1; // S 小于 T
    }
    return 0; // 相等
}

5. 求串长

// 求串长
int StrLength(SString* S) {
    return S->length; // 返回字符串的长度
}

6. 求子串

// 求子串
bool SubString(SString* Sub, SString* S, int pos, int len) {
    if (pos < 1 || pos > S->length || len < 1) return false; // 检查位置和长度的有效性
    if (pos + len - 1 > S->length) return false; // 检查是否超出原字符串范围

    // 复制子串
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        Sub->ch[i] = S->ch[pos - 1 + i]; // 逐个字符复制
    }

    Sub->length = len; // 设置子串长度
    return true; // 复制成功
}

7. 串联接

// 串联接
bool Concat(SString* T, SString* S1, SString* S2) {
    if (S1->length + S2->length >= MAXLEN) return false; // 检查是否超出最大长度

    int i = 0;
    // 复制第一个字符串
    for (i = 0; i < S1->length; i++) {
        T->ch[i] = S1->ch[i];
    }

    // 复制第二个字符串
    for (i = 0; i < S2->length; i++) {
        T->ch[S1->length + i] = S2->ch[i];
    }
    T->length = S1->length + S2->length; // 设置新字符串的长度
    T->ch[T->length] = '\0';
    return true; // 串联成功
}

8. 定位操作

// 8. 定位操作  
// 函数功能：在字符串S中查找子串T，返回T在S中首次出现的位置。如果T不是S的子串，则返回0。  
// 优化算法后续提供
int INdex(SString* S, SString* T) {
    // 如果T的长度大于S的长度，则T不可能是S的子串，直接返回0。  
    if (T->length > S->length) return 0;
    int cnt = 0; // 用于记录当前匹配的字符数量  
    // 外层循环，遍历S字符串，直到S中剩余的长度小于T的长度，此时无需继续比较。  
    for (int i = 0; i <= S->length - T->length; i++) {
        cnt = 0; // 每次开始新的匹配时，重置计数器  
        // 内层循环，遍历T字符串，进行字符匹配  
        for (int j = 0; j < T->length; j++) {
            // 如果S和T中的字符不匹配，则跳出内层循环  
            if (S->ch[i + j] != T->ch[j]) {
                break;
            }
            cnt++; // 如果字符匹配，计数器加1  
        }
        // 如果计数器值等于T的长度，说明T是S的子串，返回T在S中的起始位置（位置从1开始计数）  
        if (cnt == T->length) return i + 1;
    }

    // 如果遍历完S仍未找到T，则返回0  
    return 0;
}

9. 清空操作

// 9. 清空操作
void ClearString(SString* S) {
    if (S != NULL) { // 检查指针有效性
        S->length = 0;
        S->ch[S->length] = '\0'; // 确保字符串结束
    }
}

10. 销毁操作

// 9. 清空操作
void ClearString(SString* S) {
    if (S != NULL) { // 检查指针有效性
        S->length = 0;
        S->ch[S->length] = '\0'; // 确保字符串结束
    }
}

11. 复制操作

// 复制操作
bool StrCopy(SString* S, const char chars[]) {
    if (S == NULL || chars == NULL) return false; // 检查指针是否有效

    int i = 0;
    S->length = 0;
    while (chars[i] != '\0') {
        if (S->length >= MAXLEN - 1) { // 最后一位用来标志结束
            return false;
        }

        S->ch[S->length] = chars[i];
        i++;
        S->length++;
    }
    S->ch[S->length] = '\0'; // 确保字符串结束

    return true;
}

12. 打印字符串

// 打印字符串
void PrintString(const SString* S) {
    if (S != NULL) {
        printf("字符串内容: %s\n", S->ch);
        printf("字符串长度: %d\n", S->length);
    }
}

三、堆分配存储表示（C语言）

1. 堆分配存储表示

#define AddCh  10
typedef struct {
    char* ch;
    int length;
}HString;


// 初始化字符串  
bool InitString(HString* S) {
    // 检查S是否为NULL，应该使用==而不是=  
    if (S == NULL) return false;

    // 为S->ch分配内存  
    S->ch = (char*)malloc(sizeof(char) * (AddCh + 1)); // 分配AddCh个字符加上一个空字符'\0'的空间  
    if (S->ch == NULL) {
        // 如果内存分配失败，返回false  
        return false;
    }

    // 初始化字符串为空字符串  
    S->ch[0] = '\0';
    S->length = 0;

    // 初始化成功，返回true  
    return true;
}

2. 赋值操作

// 赋值操作  
bool StrAssign(HString* dest, HString* src) {
    if (dest == NULL || src == NULL) return false;

    // 如果dest->ch已经指向了内存，先释放它  
    if (dest->ch != NULL) {
        free(dest->ch);
    }
    // 为dest->ch分配内存  
    dest->ch = (char*)malloc(sizeof(char) * (src->length + 1 + AddCh)); // 分配src->length + 1 + AddCh个字符的空间  
    if (dest->ch == NULL) return false; // 检查malloc是否成功  

    // 复制字符串内容  
    for (int i = 0; i < src->length; i++) {
        dest->ch[i] = src->ch[i];
    }
    dest->ch[src->length] = '\0'; // 设置字符串结束符  

    // 更新dest的length  
    dest->length = src->length;

    return true;
}

3. 判空操作

// 判空操作
bool StrEmpty(HString S) {
    return S.length == 0; // 如果长度为0，则字符串为空
}

4. 比较操作

// 比较操作
int StrCompare(const HString* S, const HString* T) {
    int lengthDiff = S->length - T->length; // 先比较长度
    if (lengthDiff != 0) return lengthDiff; // 长度不同，返回差值

    // 长度相同，逐个字符比较
    for (int i = 0; i < S->length; i++) {
        if (S->ch[i] > T->ch[i]) return 1; // S 大于 T
        if (S->ch[i] < T->ch[i]) return -1; // S 小于 T
    }
    return 0; // 相等
}

5. 求串长

// 求串长
int StrLength(const HString* S) {
    return S->length; // 返回字符串的长度
}

6. 求子串

// 求子串
bool SubString(HString* Sub, HString* S, int pos, int len) {
    if (pos < 1 || pos > S->length || len < 1) return false; // 检查位置和长度的有效性
    if (pos + len - 1 > S->length) return false; // 检查是否超出原字符串范围
    
    // 为Sub分配空间
    if (Sub->ch != NULL)free(Sub->ch);
    Sub->ch = (char*)malloc(sizeof(char) * (len + 1 + AddCh));
    if (Sub->ch == NULL) return false;

    // 复制子串
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        Sub->ch[i] = S->ch[pos - 1 + i]; // 逐个字符复制
    }

    Sub->length = len; // 设置子串长度
    Sub->ch[Sub->length] = '\0';
    return true; // 复制成功
}

7. 串联接

// 串联接
bool Concat(HString* T, HString* S1, HString* S2) {
    if (T->ch != NULL) {
        free(T->ch);
    }
    T->ch = (char*)malloc(sizeof(char) * (S1->length+S2->length + 1 + AddCh));
    if (T->ch == NULL) return false;

    int i = 0;
    // 复制第一个字符串
    for (i = 0; i < S1->length; i++) {
        T->ch[i] = S1->ch[i];
    }

    // 复制第二个字符串
    for (i = 0; i < S2->length; i++) {
        T->ch[S1->length + i] = S2->ch[i];
    }
    T->length = S1->length + S2->length; // 设置新字符串的长度
    T->ch[T->length] = '\0';
    return true; // 串联成功
}

8. 定位操作

// 8. 定位操作  
// 函数功能：在字符串S中查找子串T，返回T在S中首次出现的位置。如果T不是S的子串，则返回0。  
// 优化算法后续提供
int INdex(HString* S, HString* T) {
    // 如果T的长度大于S的长度，则T不可能是S的子串，直接返回0。  
    if (T->length > S->length) return 0;
    int cnt = 0; // 用于记录当前匹配的字符数量  
    // 外层循环，遍历S字符串，直到S中剩余的长度小于T的长度，此时无需继续比较。  
    for (int i = 0; i <= S->length - T->length; i++) {
        cnt = 0; // 每次开始新的匹配时，重置计数器  
        // 内层循环，遍历T字符串，进行字符匹配  
        for (int j = 0; j < T->length; j++) {
            // 如果S和T中的字符不匹配，则跳出内层循环  
            if (S->ch[i + j] != T->ch[j]) {
                break;
            }
            cnt++; // 如果字符匹配，计数器加1  
        }
        // 如果计数器值等于T的长度，说明T是S的子串，返回T在S中的起始位置（位置从1开始计数）  
        if (cnt == T->length) return i + 1;
    }

    // 如果遍历完S仍未找到T，则返回0  
    return 0;
}

9. 清空操作

// 9. 清空操作
void ClearString(HString* S) {
    if (S != NULL) { // 检查指针有效性
        S->length = 0;
    }
}

10. 销毁操作

// 10. 销毁操作、
void DestroyString(HString* S) {
    if (S != NULL) { // 检查指针有效性
        S->length = 0;
        if (S->ch != NULL)
            free(S->ch);
    }
}

11. 复制操作

// 复制操作  
bool StrCopy(HString* S,const char chars[]) {
    // 检查S和chars指针是否有效  
    if (S == NULL || chars == NULL) return false;

    // 计算源字符串的长度（不包括结尾的空字符）  
    int cnt_length = 0;
    while (chars[cnt_length] != '\0') cnt_length++;

    // 如果S->ch已经指向了内存，则释放它  
    if (S->ch != NULL) {
        free(S->ch);
    }

    // 为S->ch分配足够的内存来存储源字符串（包括结尾的空字符）和额外的AddCh字节  
    S->ch = (char*)malloc(sizeof(char) * (cnt_length + 1 + AddCh));
    // 检查malloc是否成功分配了内存  
    if (S->ch == NULL) return false;

    // 初始化S->length为0，准备开始复制字符串  
    S->length = 0;

    // 复制字符串到S->ch，并更新S->length  
    int i = 0;
    while (chars[i] != '\0') {
        S->ch[i] = chars[i];
        i++;
        S->length++;
    }

    // 在字符串的末尾添加空字符（虽然这通常是多余的，因为从chars复制时它已经包含了空字符）  
    // 但为了代码的清晰性和一致性，这里还是显式地添加了它  
    S->ch[S->length] = '\0';

    // 复制成功  
    return true;
}

12. 打印字符串

// 打印字符串
void PrintString(const HString* S) {
    if (S != NULL) {
        printf("字符串内容: %s\n", S->ch);
        printf("字符串长度: %d\n", S->length);
    }
}

四、总代码（C语言）

1、串的定长顺序存储表示-示例

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

#define MAXLEN 255  // 定义字符串最大长度
typedef struct {
    char ch[MAXLEN]; // 存储字符串的字符数组
    int length;      // 字符串的当前长度
} SString;

// 初始化字符串
void InitString(SString* S) {
    if (S != NULL) { // 检查指针有效性
        S->length = 0;
        S->ch[S->length] = '\0'; // 确保字符串结束
    }
}

// 赋值操作
void StrAssign(SString* dest, const SString* src) {
    if (dest == NULL || src == NULL) return; // 检查指针有效性

    // 复制长度
    dest->length = src->length;

    // 复制字符数组
    for (int i = 0; i < src->length; i++) {
        dest->ch[i] = src->ch[i];
    }

    // 添加结束符
    dest->ch[dest->length] = '\0';
}

// 复制操作
bool StrCopy(SString* S, const char chars[]) {
    if (S == NULL || chars == NULL) return false; // 检查指针是否有效

    int i = 0;
    S->length = 0;
    while (chars[i] != '\0') {
        if (S->length >= MAXLEN - 1) { // 最后一位用来标志结束
            return false;
        }

        S->ch[S->length] = chars[i];
        i++;
        S->length++;
    }
    S->ch[S->length] = '\0'; // 确保字符串结束

    return true;
}

// 打印字符串
void PrintString(const SString* S) {
    if (S != NULL) {
        printf("字符串内容: %s\n", S->ch);
        printf("字符串长度: %d\n", S->length);
    }
}

// 判空操作
bool StrEmpty(SString S) {
    return S.length == 0; // 如果长度为0，则字符串为空
}

// 比较操作
int StrCompare(const SString* S, const SString* T) {
    int lengthDiff = S->length - T->length; // 先比较长度
    if (lengthDiff != 0) return lengthDiff; // 长度不同，返回差值

    // 长度相同，逐个字符比较
    for (int i = 0; i < S->length; i++) {
        if (S->ch[i] > T->ch[i]) return 1; // S 大于 T
        if (S->ch[i] < T->ch[i]) return -1; // S 小于 T
    }
    return 0; // 相等
}

// 求串长
int StrLength(SString* S) {
    return S->length; // 返回字符串的长度
}

// 求子串
bool SubString(SString* Sub, SString* S, int pos, int len) {
    if (pos < 1 || pos > S->length || len < 1) return false; // 检查位置和长度的有效性
    if (pos + len - 1 > S->length) return false; // 检查是否超出原字符串范围

    // 复制子串
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        Sub->ch[i] = S->ch[pos - 1 + i]; // 逐个字符复制
    }

    Sub->length = len; // 设置子串长度
    Sub->ch[Sub->length] = '\0';
    return true; // 复制成功
}

// 串联接
bool Concat(SString* T, SString* S1, SString* S2) {
    if (S1->length + S2->length >= MAXLEN) return false; // 检查是否超出最大长度

    int i = 0;
    // 复制第一个字符串
    for (i = 0; i < S1->length; i++) {
        T->ch[i] = S1->ch[i];
    }

    // 复制第二个字符串
    for (i = 0; i < S2->length; i++) {
        T->ch[S1->length + i] = S2->ch[i];
    }
    T->length = S1->length + S2->length; // 设置新字符串的长度
    T->ch[T->length] = '\0';
    return true; // 串联成功
}


// 8. 定位操作  
// 函数功能：在字符串S中查找子串T，返回T在S中首次出现的位置。如果T不是S的子串，则返回0。  
// 优化算法后续提供
int INdex(SString* S, SString* T) {
    // 如果T的长度大于S的长度，则T不可能是S的子串，直接返回0。  
    if (T->length > S->length) return 0;
    int cnt = 0; // 用于记录当前匹配的字符数量  
    // 外层循环，遍历S字符串，直到S中剩余的长度小于T的长度，此时无需继续比较。  
    for (int i = 0; i <= S->length - T->length; i++) {
        cnt = 0; // 每次开始新的匹配时，重置计数器  
        // 内层循环，遍历T字符串，进行字符匹配  
        for (int j = 0; j < T->length; j++) {
            // 如果S和T中的字符不匹配，则跳出内层循环  
            if (S->ch[i + j] != T->ch[j]) {
                break;
            }
            cnt++; // 如果字符匹配，计数器加1  
        }
        // 如果计数器值等于T的长度，说明T是S的子串，返回T在S中的起始位置（位置从1开始计数）  
        if (cnt == T->length) return i + 1;
    }

    // 如果遍历完S仍未找到T，则返回0  
    return 0;
}




// 9. 清空操作
void ClearString(SString* S) {
    if (S != NULL) { // 检查指针有效性
        S->length = 0;
        S->ch[S->length] = '\0'; // 确保字符串结束
    }
}


// 10. 销毁操作、
void DestroyString(SString* S) {
    if (S != NULL) { // 检查指针有效性
        S->length = 0;
        S->ch[S->length] = '\0'; // 确保字符串结束
    }
}



int main() {
    SString s1, s2, result, sub;

    // 初始化字符串  
    InitString(&s1);
    InitString(&s2);
    InitString(&result);
    InitString(&sub);

    StrCopy(&s1, "Hello, World!"); 

    // 复制操作  
    StrCopy(&s2, "Copy of Hello, World!");

    // 打印字符串  
    PrintString(&s1);
    PrintString(&s2);

    // 判空操作  
    printf("s1 是否为空: %s\n", StrEmpty(s1) ? "是" : "否");

    // 比较操作  
    int cmpResult = StrCompare(&s1, &s2);
    printf("比较结果: %d\n", cmpResult);

    // 求串长  
    printf("s1 的长度: %d\n", StrLength(&s1));

    // 求子串  
    if (SubString(&sub, &s1, 8, 5)) { // 从第8个字符开始取5个字符  
        PrintString(&sub);
    }
    else {
        printf("子串提取失败\n");
    }

    // 串联接  
    if (Concat(&result, &s1, &s2)) {
        PrintString(&result);
    }
    else {
        printf("串联失败\n");
    }

    SString WW;
    char d[5] = "World";
    for (int i = 0; i < 5; i++) WW.ch[i] = d[i];
    WW.length = 5;
    // 定位操作  
    int index = INdex(&result, &WW); // 查找 "World"  
    printf("\"World\" 在 s1 中的位置: %d\n", index);

    // 清空操作  
    ClearString(&s1);
    PrintString(&s1);

    // 销毁操作（对于顺序存储，实际上只是清空）  
    // 注意：在顺序存储中，DestroyString 应该只是 ClearString  
    // 如果是动态分配的内存，则需要释放内存  
    //  

    return 0;
}

2、堆分配存储表示 - 案例

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>

#define AddCh  10
typedef struct {
    char* ch;
    int length;
}HString;


// 初始化字符串  
bool InitString(HString* S) {
    // 检查S是否为NULL，应该使用==而不是=  
    if (S == NULL) return false;

    // 为S->ch分配内存  
    S->ch = (char*)malloc(sizeof(char) * (AddCh + 1)); // 分配AddCh个字符加上一个空字符'\0'的空间  
    if (S->ch == NULL) {
        // 如果内存分配失败，返回false  
        return false;
    }

    // 初始化字符串为空字符串  
    S->ch[0] = '\0';
    S->length = 0;

    // 初始化成功，返回true  
    return true;
}

// 赋值操作  
bool StrAssign(HString* dest, HString* src) {
    if (dest == NULL || src == NULL) return false;

    // 如果dest->ch已经指向了内存，先释放它  
    if (dest->ch != NULL) {
        free(dest->ch);
    }
    // 为dest->ch分配内存  
    dest->ch = (char*)malloc(sizeof(char) * (src->length + 1 + AddCh)); // 分配src->length + 1 + AddCh个字符的空间  
    if (dest->ch == NULL) return false; // 检查malloc是否成功  

    // 复制字符串内容  
    for (int i = 0; i < src->length; i++) {
        dest->ch[i] = src->ch[i];
    }
    dest->ch[src->length] = '\0'; // 设置字符串结束符  

    // 更新dest的length  
    dest->length = src->length;

    return true;
}

// 复制操作  
bool StrCopy(HString* S,const char chars[]) {
    // 检查S和chars指针是否有效  
    if (S == NULL || chars == NULL) return false;

    // 计算源字符串的长度（不包括结尾的空字符）  
    int cnt_length = 0;
    while (chars[cnt_length] != '\0') cnt_length++;

    // 如果S->ch已经指向了内存，则释放它  
    if (S->ch != NULL) {
        free(S->ch);
    }

    // 为S->ch分配足够的内存来存储源字符串（包括结尾的空字符）和额外的AddCh字节  
    S->ch = (char*)malloc(sizeof(char) * (cnt_length + 1 + AddCh));
    // 检查malloc是否成功分配了内存  
    if (S->ch == NULL) return false;

    // 初始化S->length为0，准备开始复制字符串  
    S->length = 0;

    // 复制字符串到S->ch，并更新S->length  
    int i = 0;
    while (chars[i] != '\0') {
        S->ch[i] = chars[i];
        i++;
        S->length++;
    }

    // 在字符串的末尾添加空字符（虽然这通常是多余的，因为从chars复制时它已经包含了空字符）  
    // 但为了代码的清晰性和一致性，这里还是显式地添加了它  
    S->ch[S->length] = '\0';

    // 复制成功  
    return true;
}

// 打印字符串
void PrintString(const HString* S) {
    if (S != NULL) {
        printf("字符串内容: %s\n", S->ch);
        printf("字符串长度: %d\n", S->length);
    }
}

// 判空操作
bool StrEmpty(HString S) {
    return S.length == 0; // 如果长度为0，则字符串为空
}

// 比较操作
int StrCompare(const HString* S, const HString* T) {
    int lengthDiff = S->length - T->length; // 先比较长度
    if (lengthDiff != 0) return lengthDiff; // 长度不同，返回差值

    // 长度相同，逐个字符比较
    for (int i = 0; i < S->length; i++) {
        if (S->ch[i] > T->ch[i]) return 1; // S 大于 T
        if (S->ch[i] < T->ch[i]) return -1; // S 小于 T
    }
    return 0; // 相等
}

// 求串长
int StrLength(const HString* S) {
    return S->length; // 返回字符串的长度
}

// 求子串
bool SubString(HString* Sub, HString* S, int pos, int len) {
    if (pos < 1 || pos > S->length || len < 1) return false; // 检查位置和长度的有效性
    if (pos + len - 1 > S->length) return false; // 检查是否超出原字符串范围
    
    // 为Sub分配空间
    if (Sub->ch != NULL)free(Sub->ch);
    Sub->ch = (char*)malloc(sizeof(char) * (len + 1 + AddCh));
    if (Sub->ch == NULL) return false;

    // 复制子串
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        Sub->ch[i] = S->ch[pos - 1 + i]; // 逐个字符复制
    }

    Sub->length = len; // 设置子串长度
    Sub->ch[Sub->length] = '\0';
    return true; // 复制成功
}

// 串联接
bool Concat(HString* T, HString* S1, HString* S2) {
    if (T->ch != NULL) {
        free(T->ch);
    }
    T->ch = (char*)malloc(sizeof(char) * (S1->length+S2->length + 1 + AddCh));
    if (T->ch == NULL) return false;

    int i = 0;
    // 复制第一个字符串
    for (i = 0; i < S1->length; i++) {
        T->ch[i] = S1->ch[i];
    }

    // 复制第二个字符串
    for (i = 0; i < S2->length; i++) {
        T->ch[S1->length + i] = S2->ch[i];
    }
    T->length = S1->length + S2->length; // 设置新字符串的长度
    T->ch[T->length] = '\0';
    return true; // 串联成功
}


// 8. 定位操作  
// 函数功能：在字符串S中查找子串T，返回T在S中首次出现的位置。如果T不是S的子串，则返回0。  
// 优化算法后续提供
int INdex(HString* S, HString* T) {
    // 如果T的长度大于S的长度，则T不可能是S的子串，直接返回0。  
    if (T->length > S->length) return 0;
    int cnt = 0; // 用于记录当前匹配的字符数量  
    // 外层循环，遍历S字符串，直到S中剩余的长度小于T的长度，此时无需继续比较。  
    for (int i = 0; i <= S->length - T->length; i++) {
        cnt = 0; // 每次开始新的匹配时，重置计数器  
        // 内层循环，遍历T字符串，进行字符匹配  
        for (int j = 0; j < T->length; j++) {
            // 如果S和T中的字符不匹配，则跳出内层循环  
            if (S->ch[i + j] != T->ch[j]) {
                break;
            }
            cnt++; // 如果字符匹配，计数器加1  
        }
        // 如果计数器值等于T的长度，说明T是S的子串，返回T在S中的起始位置（位置从1开始计数）  
        if (cnt == T->length) return i + 1;
    }

    // 如果遍历完S仍未找到T，则返回0  
    return 0;
}




// 9. 清空操作
void ClearString(HString* S) {
    if (S != NULL) { // 检查指针有效性
        S->length = 0;
    }
}


// 10. 销毁操作、
void DestroyString(HString* S) {
    if (S != NULL) { // 检查指针有效性
        S->length = 0;
        if (S->ch != NULL)
            free(S->ch);
    }
}


int main() {
    HString str1, str2, str3, substr, concatStr;

    // 初始化字符串  
    if (!InitString(&str1)) {
        printf("初始化str1失败\n");
        return 1;
    }
    if (!InitString(&str2)) {
        printf("初始化str2失败\n");
        DestroyString(&str1);
        return 1;
    }
    if (!InitString(&str3)) {
        printf("初始化str3失败\n");
        DestroyString(&str1);
        DestroyString(&str2);
        return 1;
    }
    if (!InitString(&substr)) {
        printf("初始化substr失败\n");
        DestroyString(&str1);
        DestroyString(&str2);
        DestroyString(&str3);
        return 1;
    }
    if (!InitString(&concatStr)) {
        printf("初始化concatStr失败\n");
        DestroyString(&str1);
        DestroyString(&str2);
        DestroyString(&str3);
        DestroyString(&substr);
        return 1;
    }

    // 赋值  
    if (!StrAssign(&str1, &str2)) {
        printf("赋值失败\n");
        // 清理资源...  
        return 1;
    }

    // 复制操作  
    if (!StrCopy(&str3, "Hello, World!")) {
        printf("复制操作失败\n");
        // 清理资源...  
        return 1;
    }

    // 打印字符串  
    PrintString(&str1);
    PrintString(&str3);

    // 比较操作  
    int result = StrCompare(&str1, &str3);
    printf("比较结果: %d\n", result);

    // 求子串  
    if (StrLength(&str3) >= 7) {
        if (SubString(&substr, &str3, 1, 5)) {
            PrintString(&substr);
        }
        else {
            printf("求子串失败\n");
        }
    }

    // 串联接  
    if (Concat(&concatStr, &str1, &str3)) {
        PrintString(&concatStr);
    }
    else {
        printf("串联接失败\n");
    }

    // 销毁所有字符串  
    DestroyString(&str1);
    DestroyString(&str2);
    DestroyString(&str3);
    DestroyString(&substr);
    DestroyString(&concatStr);

    return 0;
}