程序员编程艺术：第四章、现场编写类似strstr/strcpy/strpbrk的函数

第四章、现场编写类似strstr/strcpy/strpbrk的函数

作者：July。
说明：如果在博客中代码使用了\n，csdn blog系统将会自动回给我变成/n。据后续验证，可能是原来旧blog版本的bug，新版已不存在此问题。至于，本文代码，日后统一修正。July、2012.05.02。
微博：http://weibo.com/julyweibo 。
出处：http://blog.csdn.net/v_JULY_v。
wiki：http://tctop.wikispaces.com/。
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前奏

有网友向我反应，之前三章（http://t.cn/hgVPmH）的面试题目，是否有点太难了。诚如他所说，绝大部分公司的面试题不会像微软等公司的面试题目出的那么变态，或复杂。

面试考察的是你对基础知识的掌握程度，及编程能力是否过硬的一种检测，所以，扎实基础知识，提高编程能力，比去看什么所谓的面经，或去背面试题目的答案强多了。

很多中、小型公司自己的创造能力，包括人力，物力资源都有限，所以，他们的面试题目除了copy一些大公司的题库之外（当然，考察你对基础知识的掌握情况，是肯定不会放过的），还有一个途径就是让你在限定时间内（如十分钟），当场实现一些类似strcpy/strcat/strpbrk等库函数，这个主要看你对细节的把握，以及编程能力是否之扎实了。

同时，本章里出现的代码（除了第4节的c标准库部分源码）都是个人限定在短时间内（正好，突出现场感）编写的，很多问题，难免有所考虑不周。所以，如果你发现本章任何一段代码有任何问题，恳请不吝指正。

第一节、字符串查找
1.1题目描述：
给定一个字符串A，要求在A中查找一个子串B。
如A="ABCDF"，要你在A中查找子串B=“CD”。

分析：比较简单，相当于实现strstr库函数，主体代码如下：

//在字符串中查找指定字符串的第一次出现，不能找到则返回-1    
int strstr(char *string, char *substring)    
{   
    if (string == NULL || substring == NULL)      
        return -1;      
	
    int lenstr = strlen(string);   
    int lensub = strlen(substring);   
	
    if (lenstr < lensub)      
        return -1;       
	
	int len = lenstr - lensub;
    for (int i = 0; i <= len; i++)   //复杂度为O(m*n)   
    {   
        for (int j = 0; j < lensub; j++)   
        {   
            if (string[i+j] != substring[j])   
                break;   
        }   
        if (j == lensub)   
            return i + 1;   
    }   
    return -1;   
}  

读者反馈@xiaohui5319：楼主啊，对于你那个strstr的函数，我觉得有点小问题。我查了一下C标准库的源码，它给的声明是这样的，两个参数都有const。

char *

STRSTR (const char *haystack_start, const char *needle_start)

而且标准库中没有调用strlen函数，因为假如你是标准库的设计者，strlen()函数还没设计出来，你怎么去计算两个字符串的长度？是不是只能通过指针移动来实现，我觉得这些都是微软要考察的地方。

此外：还有int lenstr=strlen(string);这是不安全的？
strlen函数的返回类型是size_t型，也就是无符号整型，假如我的数组长度很长（假如是用堆分配的，可以很大很大），长过2的31次方减1的话，会发生一处，你这lenstr就会变成负值了
用size_t类型最保险。

以后，本编程艺术系列中有任何问题，暂未来得及及时修正，请读者多加思考，多加辨明。

上述程序已经实现了在字符串中查找第一个子串的功能，时间复杂度为O（n*m），也可以用KMP算法，复杂度为O(m+n)。为人打通思路，提高他人创造力，我想，这是狂想曲与其它的面试解答所不同的地方，也是我们写狂想曲系列文章的意义与价值之所在。

1.2、题目描述

在一个字符串中找到第一个只出现一次的字符。如输入abaccdeff，则输出b。

代码则可以如下编写：

//查找第一个只出现一次的字符，   
//copyright@ yansha   
//July、updated，2011.04.24.   
char FirstNotRepeatChar(char* pString)   
{   
    if(!pString)   
        return '/0';   
	
    const int tableSize = 256;  
    //有点要提醒各位注意，一般常数的空间消耗，如这里的256，我们也认为此空间复杂度为O（1）。
    int hashTable[tableSize] = {0}; //存入数组，并初始化为0   
	
    char* pHashKey = pString;   
    while(*(pHashKey) != '/0')   
        hashTable[*(pHashKey++)]++;   
	
    while(*pString != '/0')   
    {   
        if(hashTable[*pString] == 1)   
            return *pString;   
		
        pString++;   
    }   
    return '/0';  //没有找到满足条件的字符，退出   
}  

代码二，bitmap：

# include<stdio.h>
# include<string.h>

const int N = 26;
int bit_map[N];

void findNoRepeat(char *src)
{
	int pos;
	char *str = src;
	int i ,len = strlen(src);
	
	//统计
	for(i = 0 ; i < len ;i ++)
		bit_map[str[i]-'a'] ++;
	
	//从字符串开始遍历 其bit_map==1 那么就是结果
	for(i = 0 ; i < len ; i ++)
	{
		if(bit_map[str[i]-'a'] == 1)
		{
			printf("%c",str[i]);
			return ;
		}
	}
}

int main()
{	
	char *src = "abaccdeff";
	findNoRepeat(src);
	printf("/n");
	return 0;
}

第二节、字符串拷贝
题目描述：
要求实现库函数strcpy，
原型声明：extern char *strcpy(char *dest,char *src);
功能：把src所指由NULL结束的字符串复制到dest所指的数组中。 　
说明：src和dest所指内存区域不可以重叠且dest必须有足够的空间来容纳src的字符串。 　
返回指向dest的指针。

分析：如果编写一个标准strcpy函数的总分值为10，下面给出几个不同得分的答案：

//得2分   
void strcpy( char *strDest, char *strSrc )   
{   
    while( (*strDest++ = * strSrc++) != '/0' );   
}    

//得4分   
void strcpy( char *strDest, const char *strSrc )    
{   
    //将源字符串加const，表明其为输入参数，加2分   
    while( (*strDest++ = * strSrc++) != '/0' );   
}    

//得7分   
void strcpy(char *strDest, const char *strSrc)    
{   
    //对源地址和目的地址加非0断言，加3分   
    assert( (strDest != NULL) && (strSrc != NULL) );   
    while( (*strDest++ = * strSrc++) != '/0' );   
}    

//得9分   
//为了实现链式操作，将目的地址返回，加2分！   
char * strcpy( char *strDest, const char *strSrc )    
{   
    assert( (strDest != NULL) && (strSrc != NULL) );   
    char *address = strDest;    
    while( (*strDest++ = * strSrc++) != '/0' );    
    return address;   
}  

//得10分，基本上所有的情况，都考虑到了
//如果有考虑到源目所指区域有重叠的情况，加1分！   
char * strcpy( char *strDest, const char *strSrc )    
{   
	if(strDest == strSrc) { return strDest; }
    assert( (strDest != NULL) && (strSrc != NULL) );   
    char *address = strDest;    
    while( (*strDest++ = * strSrc++) != '/0' );    
    return address;   
}  

第三节、小部分库函数的实现
考察此类编写同库函数一样功能的函数经常见于大大小小的IT公司的面试题目中，以下是常见的字符串库函数的实现，希望，对你有所帮助，有任何问题，欢迎不吝指正：

//@yansha:字串末尾要加结束符'/0'，不然输出错位结果
char *strncpy(char *strDes, const char *strSrc, unsigned int count)    
{    
    assert(strDes != NULL && strSrc != NULL);    
    char *address = strDes;    
    while (count-- && *strSrc != '/0')    
        *strDes++ = *strSrc++; 
	*strDes = '/0';
    return address;    
} 

//查找字符串s中首次出现字符c的位置 
char *strchr(const char *str, int c) 
{ 
    assert(str != NULL); 
    for (; *str != (char)c; ++ str) 
        if (*str == '/0') 
            return NULL; 
		return str; 
} 

int strcmp(const char *s, const char *t) 
{ 
    assert(s != NULL && t != NULL); 
    while (*s && *t && *s == *t) 
    { 
        ++ s; 
        ++ t; 
    } 
    return (*s - *t); 
} 

char *strcat(char *strDes, const char *strSrc) 
{ 
    assert((strDes != NULL) && (strSrc != NULL)); 
    char *address = strDes; 
    while (*strDes != '/0') 
        ++ strDes; 
    while ((*strDes ++ = *strSrc ++) != '/0') 
        NULL; 
    return address; 
} 

int strlen(const char *str) 
{ 
    assert(str != NULL); 
    int len = 0; 
    while (*str ++ != '/0') 
        ++ len; 
    return len; 
} 

//此函数，梦修改如下   
char *strdup_(char *strSrc)   
//将字符串拷贝到新的位置   
{   
    if(strSrc!=NULL)   
    {   
        char *start=strSrc;   
        int len=0;   
        while(*strSrc++!='/0')   
            len++;   
		
        char *address=(char *)malloc(len+1);   
		assert(address != NULL);
		
        while((*address++=*start++)!='/0');    
        return address-(len+1);    
    }   
    return NULL;   
}   

//多谢laoyi19861011指正
char *strstr(const char *strSrc, const char *str) 
{ 
    assert(strSrc != NULL && str != NULL); 
    const char *s = strSrc; 
    const char *t = str; 
    for (; *strSrc != '/0'; ++ strSrc) 
    { 
        for (s = strSrc, t = str; *t != '/0' && *s == *t; ++s, ++t) 
            NULL; 
        if (*t == '/0') 
            return (char *) strSrc; 
    } 
    return NULL; 
} 

char *strncat(char *strDes, const char *strSrc, unsigned int count) 
{ 
    assert((strDes != NULL) && (strSrc != NULL)); 
    char *address = strDes; 
    while (*strDes != '/0') 
        ++ strDes; 
    while (count -- && *strSrc != '/0' ) 
        *strDes ++ = *strSrc ++; 
    *strDes = '/0'; 
    return address; 
} 

int strncmp(const char *s, const char *t, unsigned int count) 
{ 
    assert((s != NULL) && (t != NULL)); 
    while (*s && *t && *s == *t && count --) 
    { 
        ++ s; 
        ++ t; 
    } 
    return (*s - *t); 
} 

char *strpbrk(const char *strSrc, const char *str) 
{ 
    assert((strSrc != NULL) && (str != NULL)); 
    const char *s; 
    while (*strSrc != '/0') 
    { 
        s = str; 
        while (*s != '/0') 
        { 
            if (*strSrc == *s) 
                return (char *) strSrc; 
            ++ s; 
        } 
        ++ strSrc; 
    } 
    return NULL; 
} 

int strcspn(const char *strSrc, const char *str) 
{ 
    assert((strSrc != NULL) && (str != NULL)); 
    const char *s; 
    const char *t = strSrc; 
    while (*t != '/0') 
    { 
        s = str; 
        while (*s != '/0') 
        { 
            if (*t == *s) 
                return t - strSrc; 
            ++ s; 
        } 
        ++ t; 
    } 
    return 0; 
} 

int strspn(const char *strSrc, const char *str) 
{ 
    assert((strSrc != NULL) && (str != NULL)); 
    const char *s; 
    const char *t = strSrc; 
    while (*t != '/0') 
    { 
        s = str; 
        while (*s != '/0') 
        { 
            if (*t == *s) 
                break; 
            ++ s; 
        } 
        if (*s == '/0') 
            return t - strSrc; 
        ++ t; 
    } 
    return 0; 
} 

char *strrchr(const char *str, int c) 
{ 
    assert(str != NULL); 
    const char *s = str; 
    while (*s != '/0') 
        ++ s; 
    for (-- s; *s != (char) c; -- s) 
        if (s == str) 
            return NULL; 
		return (char *) s; 
} 

char* strrev(char *str) 
{ 
    assert(str != NULL); 
    char *s = str, *t = str, c; 
    while (*t != '/0') 
        ++ t; 
    for (-- t; s < t; ++ s, -- t) 
    { 
        c = *s; 
        *s = *t; 
        *t = c; 
    } 
    return str; 
} 

char *strnset(char *str, int c, unsigned int count) 
{ 
    assert(str != NULL); 
    char *s = str; 
    for (; *s != '/0' && s - str < count; ++ s) 
        *s = (char) c; 
    return str; 
} 

char *strset(char *str, int c) 
{ 
    assert(str != NULL); 
    char *s = str; 
    for (; *s != '/0'; ++ s) 
        *s = (char) c; 
    return str; 
} 

//@heyaming
//对原 strtok 的修改，根据MSDN,strToken可以为NULL.实际上第一次call strtok给定一字串，
//再call strtok时可以输入NULL代表要接着处理给定字串。
//所以需要用一 static 保存没有处理完的字串。同时也需要处理多个分隔符在一起的情况。
char *strtok(char *strToken, const char *str)
{
	assert(str != NULL);
	static char *last;
	
	if (strToken == NULL && (strToken = last) == NULL)
		return (NULL);
	
	char *s = strToken;
	const char *t = str;
	while (*s != '/0')
	{
		t = str;
		while (*t != '/0')
		{
			if (*s == *t)
			{
				last = s + 1;
				if (s - strToken == 0) {
					strToken = last;
					break;
				}
				*(strToken + (s - strToken)) = '/0';
				return strToken;
			}
			++ t;
		}
		++ s;
	}
	return NULL;
}

char *strupr(char *str) 
{ 
    assert(str != NULL); 
    char *s = str; 
    while (*s != '/0') 
    { 
        if (*s >= 'a' && *s <= 'z') 
            *s -= 0x20; 
        s ++; 
    } 
    return str; 
} 

char *strlwr(char *str) 
{ 
    assert(str != NULL); 
    char *s = str; 
    while (*s != '/0') 
    { 
        if (*s >= 'A' && *s <= 'Z') 
            *s += 0x20; 
        s ++; 
    } 
    return str; 
} 

void *memcpy(void *dest, const void *src, unsigned int count) 
{ 
    assert((dest != NULL) && (src != NULL)); 
    void *address = dest; 
    while (count --) 
    { 
        *(char *) dest = *(char *) src; 
        dest = (char *) dest + 1; 
        src = (char *) src + 1; 
    } 
    return address; 
} 

void *memccpy(void *dest, const void *src, int c, unsigned int count) 
{ 
    assert((dest != NULL) && (src != NULL)); 
    while (count --) 
    { 
        *(char *) dest = *(char *) src; 
        if (* (char *) src == (char) c) 
            return ((char *)dest + 1); 
        dest = (char *) dest + 1; 
        src = (char *) src + 1; 
    } 
    return NULL; 
} 

void *memchr(const void *buf, int c, unsigned int count) 
{ 
    assert(buf != NULL); 
    while (count --) 
    { 
        if (*(char *) buf == c) 
            return (void *) buf; 
        buf = (char *) buf + 1; 
    } 
    return NULL; 
} 

int memcmp(const void *s, const void *t, unsigned int count) 
{ 
    assert((s != NULL) && (t != NULL)); 
    while (*(char *) s && *(char *) t && *(char *) s == *(char *) t && count --) 
    { 
        s = (char *) s + 1; 
        t = (char *) t + 1; 
    } 
    return (*(char *) s - *(char *) t); 
} 

//@big：
//要处理src和dest有重叠的情况，不是从尾巴开始移动就没问题了。
//一种情况是dest小于src有重叠，这个时候要从头开始移动，
//另一种是dest大于src有重叠，这个时候要从尾开始移动。
void *memmove(void *dest, const void *src, unsigned int count) 
{
    assert(dest != NULL && src != NULL);
    char* pdest = (char*) dest;
    char* psrc = (char*) src;
	
	//pdest在psrc后面，且两者距离小于count时，从尾部开始移动. 其他情况从头部开始移动
    if (pdest > psrc && pdest - psrc < count) 
	{
        while (count--) 
		{
            *(pdest + count) = *(psrc + count);
        }
    } else 
	{
        while (count--) 
		{
            *pdest++ = *psrc++;
        }
    }
    return dest;
}

void *memset(void *str, int c, unsigned int count) 
{ 
    assert(str != NULL); 
    void *s = str; 
    while (count --) 
    { 
        *(char *) s = (char) c; 
        s = (char *) s + 1; 
    } 
    return str; 
}

测试：以上所有的函数，都待进一步测试，有任何问题，欢迎任何人随时不吝指出。

第四节、c标准库部分源代码

为了给各位一个可靠的参考，以下，我摘取一些c标准框里的源代码，以飨各位：

char * __cdecl strcat (char * dst,const char * src)
{
	char * cp = dst;
	
	while( *cp )
		cp++;                   /* find end of dst */
	
	while( *cp++ = *src++ ) ;       /* Copy src to end of dst */
	
	return( dst );                  /* return dst */
	
}

int __cdecl strcmp (const char * src,const char * dst)
{
	int ret = 0 ;
	
	while( ! (ret = *(unsigned char *)src - *(unsigned char *)dst) && *dst)
		++src, ++dst;
	
	if ( ret < 0 )
		ret = -1 ;
	else if ( ret > 0 )
		ret = 1 ;
	
	return( ret );
}

size_t __cdecl strlen (const char * str)
{
	const char *eos = str;
	
	while( *eos++ ) ;
	
	return( (int)(eos - str - 1) );
}

char * __cdecl strncat (char * front,const char * back,size_t count)
{
	char *start = front;
	
	while (*front++)
		;
	front--;
	
	while (count--)
		if (!(*front++ = *back++))
			return(start);
		
        *front = '/0';
        return(start);
}

int __cdecl strncmp (const char * first,const char * last,size_t count)
{
	if (!count)
		return(0);
	
	while (--count && *first && *first == *last)
	{
		first++;
		last++;
	}
	
	return( *(unsigned char *)first - *(unsigned char *)last );
}

/* Copy SRC to DEST.  */
char *
strcpy (dest, src)
char *dest;
const char *src;
{
	reg_char c;
	char *__unbounded s = (char *__unbounded) CHECK_BOUNDS_LOW (src);
	const ptrdiff_t off = CHECK_BOUNDS_LOW (dest) - s - 1;
	size_t n;
	
	do
    {
		c = *s++;
		s[off] = c;
    }
	while (c != '/0');
	
	n = s - src;
	(void) CHECK_BOUNDS_HIGH (src + n);
	(void) CHECK_BOUNDS_HIGH (dest + n);
	
	return dest;
}

char * __cdecl strncpy (char * dest,const char * source,size_t count)
{
	char *start = dest;
	
	while (count && (*dest++ = *source++))    /* copy string */
		count--;
	
	if (count)                              /* pad out with zeroes */
		while (--count)
			*dest++ = '/0';
		
        return(start);
}

有关狂想曲的修订

程序员面试题狂想曲-tctop（the crazy thinking of programers）的修订wiki（http://tctop.wikispaces.com/）已于今天建立，我们急切的想得到读者的反馈，意见，建议，以及更好的思路，算法，和代码优化的建议。所以，

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