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一、题目介绍:Reverse String

编写一个函数,其作用是将输入的字符串反转过来。输入字符串以字符数组 s 的形式给出,你必须 原地修改 输入数组,使用 O(1) 的额外空间

✍️ 题目链接(LeetCode 344):

344. 反转字符串 - 力扣(LeetCode)


✅ 示例

输入:

s = ['h','e','l','l','o']

输出:

['o','l','l','e','h']

二、问题解析:原地反转的本质含义

这道题的核心并不在于“反转字符串”本身,而在于如何原地操作、如何使用最少空间做高效的字符交换

📌 “原地” 是什么?

原地(in-place)算法是指:不依赖额外的数据结构,仅使用常数级别的额外空间对输入本身进行修改。这是许多底层算法设计中的重要约束,常见于:

  • 数组操作(反转、旋转)
  • 链表处理
  • 排序算法(如堆排序、原地快排)

三、算法设计与思路:双指针法(Two Pointers)

我们可以设置两个指针:

  • left 从字符串头部开始;
  • right 从字符串尾部开始。

不断交换 s[left]s[right],然后双指针逐步向中间靠拢,直到两者相遇或交叉。

🧠 思维要点:

  • 双指针在数组中是非常高效的遍历方式,常用于反转、滑动窗口、查找等问题。
  • 每次交换两个字符,保证操作是原地进行。
  • 时间复杂度 O(n),空间复杂度 O(1),满足题目约束。

四、C++ 实现代码

class Solution {
public:void reverseString(vector<char>& s) {// 使用两个指针分别指向字符串首尾for (int i = 0, j = s.size() - 1; i < j; ++i, --j) {// 交换字符 s[i] 与 s[j]char temp = s[i];s[i] = s[j];s[j] = temp;}}
};

✅ 关键注释说明:

代码片段注释说明
for (int i = 0, j = s.size() - 1; i < j; ++i, --j)双指针从两端向中间靠拢
char temp = s[i]; s[i] = s[j]; s[j] = temp;标准的交换操作

五、拓展思考:反转的几种变形题

📌 1. 反转字符串 II(LeetCode 541)

每隔 k 个字符反转前 k 个字符,考察字符串分块与边界处理。

📌 2. 反转字符串中的单词(LeetCode 151)

不仅要反转字符,还要处理空格、词序等,难度更高,需多步处理。

📌 3. 翻转链表(LeetCode 206)

思想一致,但应用在链表数据结构上,需小心指针操作。


六、底层原理拓展:交换的本质与优化技巧

💡 C++ 中字符交换的底层机制:

使用中间变量交换两个值是最常见的写法,但还有其他方式:

1. 使用 std::swap(推荐)
#include <algorithm>
std::swap(s[i], s[j]);

优点:可读性强,由标准库提供,内部可能使用编译器优化。

2. 异或交换法(不推荐)
s[i] ^= s[j];
s[j] ^= s[i];
s[i] ^= s[j];

虽不使用额外变量,但可读性差,且对某些类型(如浮点数)无效。


💡 空间优化讨论

当前算法已经达到空间复杂度 $O(1)$ 的最优解,没有使用任何辅助容器。这是“原地反转”的真正含义。

这在性能要求高的系统编程中非常重要,如:

  • 内存受限场景(嵌入式)
  • 对性能敏感的后端服务(网络字节序转换)
  • 操作系统字符缓冲区管理等

七、总结与感悟:用简单问题训练扎实功底

虽然这是道简单题,但背后涉及的知识点非常丰富:

  • 双指针的使用方式与场景;
  • 如何写出“原地”操作的代码;
  • 如何让代码高效且清晰(避免暴力复制或开辟新空间);
  • 可扩展性强,可以作为许多复杂字符串题的基础模块。

📌 建议:初学者可从此题开始深入理解 C++ 中数组和字符串的底层操作,并尝试封装通用的反转函数模板,提高代码复用性。

附:代码性能对比(LeetCode 数据)

方法运行时间内存使用
双指针交换法✅ 99.7%✅ 89.1%
STL reverse✅ 98.5%✅ 86.3%
手动复制反转❌ 较慢❌ 空间大
http://www.dtcms.com/wzjs/353854.html

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