《数据结构：从0到1》-11-字符串与模式匹配

一、 什么是字符串？

在数据结构中，字符串（String）是由零个或多个字符组成的有限序列。它可以被视作一种特殊的线性表，其数据元素限定为字符。字符串在日常编程中无处不在。

1.1 字符串的表示与存储

存储方式主要分为两种：

• 顺序存储：使用一组地址连续的存储单元来存储字符串的字符序列。
• 链式存储：使用链表来存储字符串，每个结点可以存放一个或多个字符。

我们这里主要讨论最主流的顺序存储。

C语言中的字符串（字符数组）：

// 定义一个字符数组来存储字符串 "Hello"
// 方式一：手动添加结束符
char str[10] = {
   
   'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'}; 
// 方式二：字符串字面量，编译器会自动在末尾添加 '\0'
char str2[] = "Hello"; 

// 注意：'\0' 是字符串的结束标志，是C语言中判断字符串结尾的关键。

Java/Python中的字符串：
在Java和Python等高级语言中，字符串是一个内置的类（String），其底层通常也是基于字符数组实现，但为开发者封装了丰富的操作，并且具有不可变性（Immutable） 的特性。这意味着任何对字符串的修改操作，实际上都是创建了一个新的字符串对象。

// Java示例
String s1 = "Hello";
String s2 = s1 + " World!"; // 这里s1并没有被修改，而是创建了一个新的String对象给s2

1.2 字符串匹配

字符串匹配应用场景非常广泛，比如：文本编辑器的查找功能（Ctrl+F）、搜索引擎、防病毒软件文件扫描等，这些场景的核心：如何在一个较长的“主串”中，高效地定位一个“模式串”？ 这就是我们今天要说的重点模式匹配问题。

定义：

• 主串 (S)：被搜索的长字符串。
• 模式串 §：需要寻找的短字符串。
• 模式匹配：在主串S中查找与模式串P完全相同的子串，并返回其起始位置的过程。

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二、 朴素的模式匹配算法

当我们遇到“在一段文字中找一个词”的问题时，脑海中浮现的最直接的方法是什么？没错，就是逐字对比。

2.1 算法思想

朴素模式匹配算法（Brute-Force Algorithm）的思想非常简单直接，我们先看一个原理图：

下面用一张流程图来清洗地展示这个过程：