比較BF、KMP和BM演算法的效能（純C語言實現，而且……VC6.0編譯的程式跑得比codeblocks 17.12編譯的快）
首先宣告：BF和KMP演算法是刁肥宅自己實現的，BM演算法源自此處，刁肥宅未曾妄加改動，只是作測試用。作業系統及硬體配置資訊如圖6所示，刁肥宅所用編譯環境為：Code::Blocks 17.12、VC6.0（完整綠色版）。所用原始碼與測試資料都已上傳到百度雲盤（提取密碼：dhu0）與CSDN“我的資源-下載”上，各位看官可以免費下載親測。
話不多說，先貼出三個演算法的C語言實現：
一、演算法實現
1.BF模式匹配演算法
標頭檔案BF.c：
/*Bf.h*/
#ifndef BF_H_INCLUDED
#define BF_H_INCLUDED
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <malloc.h>
int Find( char *T, int T_Length,char *P, int P_Length );
#endif /* BF_H_INCLUDED*/
原始檔BF.c：
/*BF.c*/
#include "BF.h"
int Find( char *T, int T_Length,char *P, int P_Length )
{
/*在目標串T中從第0個字元開始尋找模式串P在T中匹配的位置。若在T中找不到與
串P匹配的子串, 則函式返回-1, 否則返回P在T中第一次匹配的位置。*/
int i, j, k; /*last為在T中最後可比對位置*/
/*printf( "In Find,T_Length = %d, P_Length = %d\n", T_Length, P_Length );*/
/*for ( i = 0; i <= strlen(T) - strlen(P); i++)*/
for ( i = 0; i <= T_Length - P_Length; i++ )/*逐趟比對*/
{
for ( k = i, j = 0; j < P_Length; k++, j++ ) /*從T.ch[i]開始與P.ch進行比對*/
if ( *( T + k ) != *( P + j ) )
break; /*比對不等跳出迴圈*/
if ( j == P_Length )
return i + 1; /*P已掃描完, 匹配成功*/
}
return -1; /*匹配失敗*/
}
原始檔test.c：
/*test.c*/
#include "BF.h"
int main()
{
/*freopen("x1.out","w",stdout);*/
srand( time(NULL) );
char *T = NULL,*P = NULL;
FILE *fp1 = fopen("x1.in","r");
if( fp1 == NULL )
{
printf("Opening Error.\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
int i,d,ChoosingKey = 0,Value = 0,T_Length,P_Length,RandomSize = 1000001430;
T = ( char * )malloc( sizeof(char) * RandomSize );
P = ( char * )malloc( sizeof(char) * 34 );
/*strcpy(P,"wOvT5jN9154gQ751sK9eH1I1l0Hgf9d");*/
strcpy(P,"fsf8QQCNlL80s1ouGx2TeANoH2jxx9SYQ");
for( i = 0;!feof(fp1);i ++ )
fscanf( fp1,"%c",(T + i) );
P_Length = ( strlen(P) );
T_Length = ( strlen(T) );
/*
for( i = 0;i < RandomSize;i ++ )
{
ChoosingKey = rand() % 3 + 1;
switch(ChoosingKey)
{
case 1:
Value = rand() % ( 90 - 65 + 1 ) + 65;
*( T + i ) = (char)Value;
break;
case 2:
Value = rand() % ( 122 - 97 + 1 ) + 97;
*( T + i ) = (char)Value;
break;
case 3:
Value = rand() % ( 57 - 48 + 1 ) + 48;
*( T + i ) = (char)Value;
break;
default:
*( T + i ) = 'Q';
}
}
i = 0;
while( *(T + i) != '\0' )
{
printf("%c",*(T + i));
i ++;
}
*/
d = Find ( T,T_Length,P,P_Length );
if( d == -1 )
printf("匹配位置失敗！\n");
else
printf("匹配位置為%d\n",d);
printf("Time used = %.2f seconds.\n",(double)clock() / CLOCKS_PER_SEC);
system("pause");
//return 0;
}
2.KMP模式匹配演算法
標頭檔案KMP.h：
/*KMP.h*/
#ifndef KMP_H_INCLUDED
#define KMP_H_INCLUDED
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <malloc.h>
#include <time.h>
#define DefaultSize 40
void GetNext ( char *P, int P_Length, int next[] );
int FastFind ( char *T, int T_Length,char *P, int P_Length,int next[ ] );
#endif /* KMP_H_INCLUDED*/
原始檔KMP.c：
/*KMP.c*/
#include "KMP.h"
/*
/*P和T的長度必須以引數的形式從主函式傳遞給被呼叫的 GEtNext 和 FastFind 函式，
否則當T長度較大時匹配結果必然錯誤！！！或者d的返回值為 -1 （預設匹配失敗時的值）
在這兩個函式中，直接用 strlen( P ) 、strlen( T ) 求P、T的長度，且似乎主要是因為 strlen( T )
最終匹配結果錯誤。為什麼？！
*/
/*void GetNext ( char *P, int next[] )*/
void GetNext ( char *P, int P_Length, int next[] )
{
/*對模式串P, 計算next失配函式*/
int j = 0, k = -1;
next[0] = -1; /*j已經在最左邊了，不可能再移動了，這時候要應該是i指標後移*/
/*while ( j < strlen( P ) )
直接用 strlen( P ) 求P的長度，最終匹配結果錯誤。為什麼？！
*/
while ( j < P_Length )/*計算next[j]*/
{
/*while ( k >= 0 && P->ch[j] != P->ch[k] )*/
while ( k >= 0 && *(P + j) != *(P + k) )
k = next[k];
j++;
k++;
if ( *(P + j) == *(P + k) )
next[j] = next[k];
else
next[j] = k;
}
/*printf( "In GetNext,strlen( P ) = %d\n",strlen( P ) );*/
}
/*int FastFind ( char *T, char *P, int next[ ] )*/
int FastFind ( char *T, int T_Length,char *P, int P_Length,int next[ ] )
{
/*在目標串T中尋找模式串P的匹配位置。若找到，則函式返回P在T中開始字元
下標，否則函式返回-1。陣列nex存放P的失配函式next[j]值。*/
int j = 0, i = 0; /*串P與串T的掃描指標*/
/*while ( j < strlen( P ) && i < strlen( T ) )
直接用 strlen( P ) 、strlen( T ) 求P、T的長度，最終匹配結果錯誤。為什麼？！
*/
while ( j < P_Length && i < T_Length ) /*對兩串掃描*/
/*while ( j < 31 && i < 1000050 )*/
{
/*printf ( "i=%d, j=%d\n", i, j );*/
if ( j == -1 || *(P + j) == *(T + i) )/*對應字元匹配，比對位置加一*/
{
j++;
i++;
}
else
j = next[j]; /*第j位失配，找下一對齊位置*/
}
/*printf( "In FastFind,strlen( T ) = %d,strlen( P ) = %d\n",strlen( T ),strlen( P ) );*/
/*if ( j < strlen( P ) )
直接用 strlen( P ) 求P的長度，最終匹配結果錯誤。為什麼？！
*/
if ( j < P_Length ) /*j未比完失配，匹配失敗*/
/*if ( j < 31 )*/
return -1;
else
/*return i - strlen( P ); */
return i - P_Length + 1; /*匹配成功*/
}
原始檔test.c：
/*test.c*/
#include "KMP.h"
int main()
{
/*freopen( "x1.out","w",stdout );*/
srand( time(NULL) );
char *T = NULL,*P = NULL;
FILE *fp1 = fopen("x1.in","r");
if( fp1 == NULL )
{
printf("Opening Error.\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
int i,T_Length = 0,P_Length = 0,d = 0,ChoosingKey = 0,Value = 0,RandomSize = 1000001430;
/*int Fail[10000120];*/
int *Fail = (int *)malloc( sizeof(int) * DefaultSize );
T = ( char * )malloc( sizeof(char) * RandomSize );
P = ( char * )malloc( sizeof(char) * 34 );
/*strcpy(P,"wOvT5jN9154gQ751sK9eH1I1l0Hgf9d");*/
strcpy(P,"fsf8QQCNlL80s1ouGx2TeANoH2jxx9SYQ");
P_Length = ( strlen(P) );
for( i = 0;!feof(fp1);i ++ )
fscanf( fp1,"%c",(T + i) );
T_Length = ( strlen(T) );
/*printf( "In main,T_Length = %d, P_Length = %d\n", T_Length, P_Length );
system("pause");*/
/*for( i = 0;i < 10000120;i ++ )
Fail[i] = 0;*/
memset( Fail,0,sizeof(Fail) );
/*GetNext ( P, Fail );*/
GetNext ( P, P_Length, Fail );
/*d = FastFind ( T, P, Fail );*/
d = FastFind ( T, T_Length, P, P_Length, Fail );
if( d == -1 )
printf("匹配位置失敗！\n");
else
printf("匹配位置為%d\n",d);/*-(d + 45) - 2*/
/*Sleep(1000 * 60);*/
printf("Time used = %.2f seconds.\n",(double)clock() / CLOCKS_PER_SEC);
system("pause");
/*return 0;*/
}
3.BM模式匹配演算法
標頭檔案BM.h：
/*BM.h*/
#ifndef BM_H_INCLUDED
#define BM_H_INCLUDED
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <windows.h>
int *MakeSkip(char* ptrn,int pLen);
int *MakeShift(char *ptrn,int pLen);
int BMSearch(char *buf,int blen,char *ptrn,int plen,int *skip,int *shift);
#endif // BM_H_INCLUDED
原始檔BM.c：
/*BM.c*/
#include "BM.h"
/*
函式：int* MakeSkip(char*，int)
目的：根據壞字元規則做預處理，建立一張壞字元表
表的長度由字元的規模而定，
如果只有字母則長度只有26，
如果是字母加數字長度就是26+10
引數：
ptrn=>模式串P
pLen=>模式串P長度
返回：
int* - 壞字元表
*/
int *MakeSkip(char* ptrn,int pLen)
{
int i;
int len=pLen;
char *p=ptrn;
//為建立壞字元表，申請256個int的空間
int *skip=(int*)malloc(256*sizeof(int));
if(skip==NULL)
{
printf("malloc failed!");
return 0;
}
//初始化壞字元表，256個單元全部初始化為pLen
for(i=0;i<256;i++)
{
*(skip+i)=pLen;
}
//賦值，從左到右遍歷ptrn,這樣如果一個字元出現兩次，後面的覆蓋前面的，
//不在模式中出現的字元不用再賦值，它們使用預設值pLen。
while(pLen!=0)
{
*(skip+(int)*ptrn++)=--pLen;
}
return skip;
}
/*
函式：int *MakeShift(char*,int)
目的：根據好字尾原則做預處理，建立一張好字尾表
引數：
ptrn=>模式串P
pLen=>模式串P的長度
返回：
int* ：好字尾表
*/
int *MakeShift(char *ptrn,int pLen)
{
//為好字尾表申請pLen個int的空間
//這樣，第一個位置放置長度為1的字尾
int *shift=(int *)malloc(pLen*sizeof(int));
int *sptr=shift+pLen-1;//方便為好字尾表進行賦值的指標
char *pptr=ptrn+pLen-1;//記錄好字尾表邊界位置的指標
char c;
//int i;
if(shift==NULL)
{
fprintf(stderr,"malloc failed!");
return 0;
}
c=*(ptrn+pLen-1);//儲存模式串中最後一個字元，因為要反覆用到它
*sptr=1;//以最後一個字元為邊界時，移動距離設為1（因為要與壞字元規則比較，所以這個是個假設，1也是最小的移動距離）
pptr--;//邊界移動到倒數第二個字元
while(--sptr>=shift)//該最外層迴圈完成給好字尾表中的每一個單元進行賦值的工作
{
char *p1=ptrn+pLen-2,*p2,*p3;
//該do...while迴圈完成以當前pptr所指向的字元為邊界時，要移動的距離
do
{
while(p1>=ptrn&&*p1--!=c);//該空迴圈，尋找與最後一個字元c匹配的字元所指向的位置
if(p1<ptrn)
{
*sptr=pLen;
break;
}
p2=ptrn+pLen-2;
p3=p1;
while(p3>=ptrn&&*p3--==*p2--&&p2>=pptr);//該空迴圈，判斷在邊界內字串匹配到什麼位置
if(p2<pptr)
{
if(*++p3==*++p2)
{
*sptr=p2-p3;
break;
}
if(*p2==*p3)
{
continue;
}
}
if(p3<ptrn)
{
*sptr=p2-p3;
break;
}
}while(p3>=ptrn);
pptr--;//邊界繼續向前移動
}
return shift;
}
/*
函式：int* BMSearch(char*,int ,char*,int,int*,int*)
目的：判斷文字串是否包含模式串P
引數：
buf->文字串T
blen->文字串T長度
ptrn->模式串P長度
plen->模式串P長度
skip->壞字元表
shift->好字尾表
返回：
int->1表示成功（文字串包含模式串），0表示失敗（文字串不包含模式串）
*/
int BMSearch(char *buf,int blen,char *ptrn,int plen,int *skip,int *shift)
{
int b_idx=plen;
if(plen==0)
{
return 1;
}
while(b_idx<=blen)//計算字串是否匹配到了盡頭
{
int p_idx=plen,skip_stride,shift_stride;
int i=0;
int temp=b_idx;//是為了不改動b_idx的值，b_idx將來用於計算移動的距離
while(buf[--temp]==ptrn[--p_idx])//開始匹配
{
i++;
if(p_idx==0)
{
fprintf(stderr,"match at %d!\n",b_idx - plen + 1);
return 1;
}
}
/*printf("i:%d\tbad:%c\n",i,buf[temp]);*/
skip_stride=skip[(unsigned char)buf[temp]]-i;//根據壞字元規則計算跳躍的距離
shift_stride=shift[p_idx];
/*printf("b_idx:%d 1:%d 2:%d\n",b_idx,skip_stride,shift_stride);*/
b_idx+=(skip_stride>shift_stride)?skip_stride:shift_stride;//取最大者
}
return 0;
}
原始檔test.c：
/*test.c*/
#include "BM.h"
int main()
{
FILE *fp1 = fopen( "E:/document/²âÊÔÊý¾Ý/100503.in","r" );
if( !fp1 )
{
printf( "Opening data failed.\n" );
Sleep( 1000 * 60 );
exit( EXIT_FAILURE );
}
int BLength = 100503,PLength = 60,i;
char *buf = ( char * )malloc( sizeof(char) * BLength );
char *ptrn = ( char * )malloc( sizeof(char) * PLength );
for( i = 0;!feof(fp1);i ++ )
fscanf( fp1,"%c",(buf + i) );
/*strcpy(ptrn,"6qc48TlVIvb482XM07Y4isP6X89a7WYi948579f1HR1Avsp2Qok5n2T0z9I");*/
strcpy(ptrn,"fsf8QQCNlL80s1ouGx2TeANoH2jxx9SYQ");
int *skip = NULL;
int *shift = NULL;
fprintf(stderr,"plen=%d!\n",strlen(ptrn));
skip=MakeSkip(ptrn,strlen(ptrn));
shift=MakeShift(ptrn,strlen(ptrn));
BMSearch(buf,strlen(buf),ptrn,strlen(ptrn),skip,shift);
/*printf( "%d\n",strlen("6qc48TlVIvb482XM07Y4isP6X89a7WYi948579f1HR1Avsp2Qok5n2T0z9I") );*/
/*return 0;*/
printf("Time used = %.2f seconds.\n",(double)clock() / CLOCKS_PER_SEC);
system( "pause" );
}
4.生成測試用隨機字串C程式碼
/*生成測試用隨機字串*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
freopen("10000000050.out","w",stdout);
srand( time(NULL) );
char *T = NULL,*P = NULL;
int i,d,ChoosingKey = 0,Value = 0,RandomSize = 10000000050;
T = ( char * )malloc( sizeof(char) * RandomSize );
/*P = ( char * )malloc( sizeof(char) * 32 );
strcpy(P,"wOvT5jN9154gQ751sK9eH1I1l0Hgf9d");*/
for( i = 0;i < RandomSize;i ++ )
{
ChoosingKey = rand() % 3 + 1;
switch(ChoosingKey)
{
case 1:
Value = rand() % ( 90 - 65 + 1 ) + 65;
*( T + i ) = (char)Value;
break;
case 2:
Value = rand() % ( 122 - 97 + 1 ) + 97;
*( T + i ) = (char)Value;
break;
case 3:
Value = rand() % ( 57 - 48 + 1 ) + 48;
*( T + i ) = (char)Value;
break;
default:
*( T + i ) = 'Q';
break;
}
}
i = 0;
while( *(T + i) != '\0' )
{
printf("%c",*(T + i));
i ++;
}
/*printf("\n%s",P);*/
return 0;
}
二、測試結果
一言難盡，暫且放下結論，改天詳談，演算法執行效率：BM>BF>KMP。而且刁肥宅發現，VC6.0編譯的程式跑的結果耗時永遠比CodeBlocks 17.12編譯的短。
有圖有真相，各位可以去下載刁肥宅上傳的原始碼與測試資料，自行驗證。
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