《代码随想录-精华内容提取》04 字符串

 # 创作灵感 #

最近在准备硕博连读考核，写这篇文章是为了巩固基础知识，记录下来我个人不熟悉或者不会的 “知识+题”，筛选掉一下已经很熟悉的基础知识，实现精华内容的提取。

首先指路：344.反转字符串 | 代码随想录

估计这篇文章对4年后找工作的我也能有帮助（顺利毕业的话）

注：代码较少，思路为主，适合用于面试的复习【后续会整合代码】

---

目录

1.反转字符串

2.反转字符串②

3.替换数字

4.翻转字符串里的单词

5.右旋转字符串

6.实现strStr()

7.重复的子字符串

8.总结

什么是字符串

#要不要使用库函数

#双指针法

#反转系列

#KMP

#总结

---

1.反转字符串

swap函数

2.反转字符串②

在遍历字符串的过程中，只要让 i += (2 * k)，i 每次移动 2 * k 就可以了，然后判断是否需要有反转的区间。

3.替换数字

首先扩充数组到每个数字字符替换成 "number" 之后的大小。

例如 字符串 "a5b" 的长度为3，那么 将 数字字符变成字符串 "number" 之后的字符串为 "anumberb" 长度为 8。

如图：

然后从后向前替换数字字符，也就是双指针法，过程如下：i指向新长度的末尾，j指向旧长度的末尾。

有同学问了，为什么要从后向前填充，从前向后填充不行么？

从前向后填充就是O(n^2)的算法了，因为每次添加元素都要将添加元素之后的所有元素整体向后移动。

其实很多数组填充类的问题，其做法都是先预先给数组扩容带填充后的大小，然后在从后向前进行操作。

这么做有两个好处：

1. 不用申请新数组。
2. 从后向前填充元素，避免了从前向后填充元素时，每次添加元素都要将添加元素之后的所有元素向后移动的问题。

C++代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    string s;
    while (cin >> s) {
        int sOldIndex = s.size() - 1;
        int count = 0; // 统计数字的个数
        for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
            if (s[i] >= '0' && s[i] <= '9') {
                count++;
            }
        }
        // 扩充字符串s的大小，也就是将每个数字替换成"number"之后的大小
        s.resize(s.size() + count * 5);
        int sNewIndex = s.size() - 1;
        // 从后往前将数字替换为"number"
        while (sOldIndex >= 0) {
            if (s[sOldIndex] >= '0' && s[sOldIndex] <= '9') {
                s[sNewIndex--] = 'r';
                s[sNewIndex--] = 'e';
                s[sNewIndex--] = 'b';
                s[sNewIndex--] = 'm';
                s[sNewIndex--] = 'u';
                s[sNewIndex--] = 'n';
            } else {
                s[sNewIndex--] = s[sOldIndex];
            }
            sOldIndex--;
        }
        cout << s << endl;       
    }
}

• 时间复杂度：O(n)
• 空间复杂度：O(1)

---

4.翻转字符串里的单词

解题思路如下：

• 移除多余空格
• 将整个字符串反转
• 将每个单词反转

使用双指针法来去移除空格，最后resize（重新设置）一下字符串的大小，就可以做到O(n)的时间复杂度。

//版本一 
void removeExtraSpaces(string& s) {
    int slowIndex = 0, fastIndex = 0; // 定义快指针，慢指针
    // 去掉字符串前面的空格
    while (s.size() > 0 && fastIndex < s.size() && s[fastIndex] == ' ') {
        fastIndex++;
    }
    for (; fastIndex < s.size(); fastIndex++) {
        // 去掉字符串中间部分的冗余空格
        if (fastIndex - 1 > 0
                && s[fastIndex - 1] == s[fastIndex]
                && s[fastIndex] == ' ') {
            continue;
        } else {
            s[slowIndex++] = s[fastIndex];
        }
    }
    if (slowIndex - 1 > 0 && s[slowIndex - 1] == ' ') { // 去掉字符串末尾的空格
        s.resize(slowIndex - 1);
    } else {
        s.resize(slowIndex); // 重新设置字符串大小
    }

代码可以写的很精简，大家可以看 如下 代码 removeExtraSpaces 函数的实现：

// 版本二 
void removeExtraSpaces(string& s) {//去除所有空格并在相邻单词之间添加空格, 快慢指针。
    int slow = 0;   //整体思想参考https://programmercarl.com/0027.移除元素.html
    for (int i = 0; i < s.size(); ++i) { //
        if (s[i] != ' ') { //遇到非空格就处理，即删除所有空格。
            if (slow != 0) s[slow++] = ' '; //手动控制空格，给单词之间添加空格。slow != 0说明不是第一个单词，需要在单词前添加空格。
            while (i < s.size() && s[i] != ' ') { //补上该单词，遇到空格说明单词结束。
                s[slow++] = s[i++];
            }
        }
    }
    s.resize(slow); //slow的大小即为去除多余空格后的大小。
}

如果以上代码看不懂，建议先把 27.移除元素 (opens new window)这道题目做了，或者看视频讲解：数组中移除元素并不容易！LeetCode：27. 移除元素 (opens new window)。

此时我们已经实现了removeExtraSpaces函数来移除冗余空格。

还要实现反转字符串的功能，支持反转字符串子区间，这个实现我们分别在344.反转字符串 (opens new window)和541.反转字符串II (opens new window)里已经讲过了。

代码如下：

// 反转字符串s中左闭右闭的区间[start, end]
void reverse(string& s, int start, int end) {
    for (int i = start, j = end; i < j; i++, j--) {
        swap(s[i], s[j]);
    }
}

整体代码如下：

class Solution {
public:
    void reverse(string& s, int start, int end){ //翻转，区间写法：左闭右闭 []
        for (int i = start, j = end; i < j; i++, j--) {
            swap(s[i], s[j]);
        }
    }

    void removeExtraSpaces(string& s) {//去除所有空格并在相邻单词之间添加空格, 快慢指针。
        int slow = 0;   //整体思想参考https://programmercarl.com/0027.移除元素.html
        for (int i = 0; i < s.size(); ++i) { //
            if (s[i] != ' ') { //遇到非空格就处理，即删除所有空格。
                if (slow != 0) s[slow++] = ' '; //手动控制空格，给单词之间添加空格。slow != 0说明不是第一个单词，需要在单词前添加空格。
                while (i < s.size() && s[i] != ' ') { //补上该单词，遇到空格说明单词结束。
                    s[slow++] = s[i++];
                }
            }
        }
        s.resize(slow); //slow的大小即为去除多余空格后的大小。
    }

    string reverseWords(string s) {
        removeExtraSpaces(s); //去除多余空格，保证单词之间之只有一个空格，且字符串首尾没空格。
        reverse(s, 0, s.size() - 1);
        int start = 0; //removeExtraSpaces后保证第一个单词的开始下标一定是0。
        for (int i = 0; i <= s.size(); ++i) {
            if (i == s.size() || s[i] == ' ') { //到达空格或者串尾，说明一个单词结束。进行翻转。
                reverse(s, start, i - 1); //翻转，注意是左闭右闭 []的翻转。
                start = i + 1; //更新下一个单词的开始下标start
            }
        }
        return s;
    }
};

• 时间复杂度: O(n)
• 空间复杂度: O(1) 或 O(n)，取决于语言中字符串是否可变

---

5.右旋转字符串

思路就是 通过 整体倒叙，把两段子串顺序颠倒，两个段子串里的的字符在倒叙一把，负负得正，这样就不影响子串里面字符的顺序了。

整体代码如下：

// 版本一
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
int main() {
    int n;
    string s;
    cin >> n;
    cin >> s;
    int len = s.size(); //获取长度

    reverse(s.begin(), s.end()); // 整体反转
    reverse(s.begin(), s.begin() + n); // 先反转前一段，长度n
    reverse(s.begin() + n, s.end()); // 再反转后一段

    cout << s << endl;

} 

那么整体反正的操作放在下面，先局部反转行不行？

可以的，不过，要记得 控制好 局部反转的长度，如果先局部反转，那么先反转的子串长度就是 len - n，如图：

代码如下：

// 版本二 
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
int main() {
    int n;
    string s;
    cin >> n;
    cin >> s;
    int len = s.size(); //获取长度
    reverse(s.begin(), s.begin() + len - n); // 先反转前一段，长度len-n ，注意这里是和版本一的区别
    reverse(s.begin() + len - n, s.end()); // 再反转后一段
    reverse(s.begin(), s.end()); // 整体反转
    cout << s << endl;

}

---

6.实现strStr()

力扣题目链接(opens new window)

实现 strStr() 函数。

给定一个 haystack 字符串和一个 needle 字符串，在 haystack 字符串中找出 needle 字符串出现的第一个位置 (从0开始)。如果不存在，则返回  -1。

示例 1: 输入: haystack = "hello", needle = "ll" 输出: 2

示例 2: 输入: haystack = "aaaaa", needle = "bba" 输出: -1

说明: 当 needle 是空字符串时，我们应当返回什么值呢？这是一个在面试中很好的问题。 对于本题而言，当 needle 是空字符串时我们应当返回 0 。这与C语言的 strstr() 以及 Java的 indexOf() 定义相符。

这道题太复杂了，建议要学习的话直接去原链接，28. 实现 strStr() | 代码随想录

其实我感觉这个题完全可以直接：对两个数组  使用  一个双指针+一个指针 ，就解决了。当然因为我现在只是在看思路，所以说起来容易，具体实现去看教程吧

---

7.重复的子字符串

459.重复的子字符串 | 代码随想录

太复杂了，自己来看，其实不难。

---

8.总结

什么是字符串

字符串是若干字符组成的有限序列，也可以理解为是一个字符数组，但是很多语言对字符串做了特殊的规定，接下来我来说一说C/C++中的字符串。

在C语言中，把一个字符串存入一个数组时，也把结束符 '\0'存入数组，并以此作为该字符串是否结束的标志。

例如这段代码：

char a[5] = "asd";
for (int i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
}

在C++中，提供一个string类，string类会提供 size接口，可以用来判断string类字符串是否结束，就不用'\0'来判断是否结束。

例如这段代码:

string a = "asd";
for (int i = 0; i < a.size(); i++) {
}

那么vector< char > 和 string 又有什么区别呢？

其实在基本操作上没有区别，但是 string提供更多的字符串处理的相关接口，例如string 重载了+，而vector却没有。

所以想处理字符串，我们还是会定义一个string类型。

#要不要使用库函数

在文章344.反转字符串 (opens new window)中强调了打基础的时候，不要太迷恋于库函数。

甚至一些同学习惯于调用substr，split，reverse之类的库函数，却不知道其实现原理，也不知道其时间复杂度，这样实现出来的代码，如果在面试现场，面试官问：“分析其时间复杂度”的话，一定会一脸懵逼！

所以建议如果题目关键的部分直接用库函数就可以解决，建议不要使用库函数。

如果库函数仅仅是 解题过程中的一小部分，并且你已经很清楚这个库函数的内部实现原理的话，可以考虑使用库函数。

#双指针法

在344.反转字符串 (opens new window)，我们使用双指针法实现了反转字符串的操作，双指针法在数组，链表和字符串中很常用。

接着在字符串：替换空格 (opens new window)，同样还是使用双指针法在时间复杂度O(n)的情况下完成替换空格。

其实很多数组填充类的问题，都可以先预先给数组扩容带填充后的大小，然后在从后向前进行操作。

那么针对数组删除操作的问题，其实在27. 移除元素 (opens new window)中就已经提到了使用双指针法进行移除操作。

同样的道理在151.翻转字符串里的单词 (opens new window)中我们使用O(n)的时间复杂度，完成了删除冗余空格。

一些同学会使用for循环里调用库函数erase来移除元素，这其实是O(n^2)的操作，因为erase就是O(n)的操作，所以这也是典型的不知道库函数的时间复杂度，上来就用的案例了。

#反转系列

在反转上还可以在加一些玩法，其实考察的是对代码的掌控能力。

541. 反转字符串II (opens new window)中，一些同学可能为了处理逻辑：每隔2k个字符的前k的字符，写了一堆逻辑代码或者再搞一个计数器，来统计2k，再统计前k个字符。

其实当需要固定规律一段一段去处理字符串的时候，要想想在在for循环的表达式上做做文章。

只要让 i += (2 * k)，i 每次移动 2 * k 就可以了，然后判断是否需要有反转的区间。

因为要找的也就是每2 * k 区间的起点，这样写程序会高效很多。

在151.翻转字符串里的单词 (opens new window)中要求翻转字符串里的单词，这道题目可以说是综合考察了字符串的多种操作。是考察字符串的好题。

这道题目通过 先整体反转再局部反转，实现了反转字符串里的单词。

后来发现反转字符串还有一个牛逼的用处，就是达到左旋的效果。

在字符串：反转个字符串还有这个用处？ (opens new window)中，我们通过先局部反转再整体反转达到了左旋的效果。

#KMP

KMP的主要思想是当出现字符串不匹配时，可以知道一部分之前已经匹配的文本内容，可以利用这些信息避免从头再去做匹配了。

KMP的精髓所在就是前缀表，在KMP精讲 (opens new window)中提到了，什么是KMP，什么是前缀表，以及为什么要用前缀表。

前缀表：起始位置到下标i之前（包括i）的子串中，有多大长度的相同前缀后缀。

那么使用KMP可以解决两类经典问题：

1. 匹配问题：28. 实现 strStr()(opens new window)
2. 重复子串问题：459.重复的子字符串(opens new window)

再一次强调了什么是前缀，什么是后缀，什么又是最长相等前后缀。

前缀：指不包含最后一个字符的所有以第一个字符开头的连续子串。

后缀：指不包含第一个字符的所有以最后一个字符结尾的连续子串。

然后针对前缀表到底要不要减一，这其实是不同KMP实现的方式，我们在KMP精讲 (opens new window)中针对之前两个问题，分别给出了两个不同版本的的KMP实现。

其中主要理解j=next[x]这一步最为关键！

#总结

字符串类类型的题目，往往想法比较简单，但是实现起来并不容易，复杂的字符串题目非常考验对代码的掌控能力。

双指针法是字符串处理的常客。

KMP算法是字符串查找最重要的算法，但彻底理解KMP并不容易，我们已经写了五篇KMP的文章，不断总结和完善，最终才把KMP讲清楚。