剑指offer - 替换空格

题目

请实现一个函数，把字符串中的每个空格都换成%20。例如：输入"We are happy"，则输出“We%20are%20happy”

在网络编程中，如果URL参数中含有特殊字符，如空格、'#'等，则可能导致服务器端无法获得正确的参数值。我们需要将这些特殊字符号转换成为服务器可能识别的字符。转换的规则是在'%'跟上ASCII码的两位16进制的表示。比如空格的ASCII码是32，即16进制的0x20，因此空格被替换为“%20”。再比如'#'的ASCII码为35，即16进制的0x23，它在URL中被替换为"%23"

看到这个题目，我们首先应该想到的是原来一个空格字符，替换之后变成'%'、'2'和'0'这3个字符，因此字符串会变长。如果是在原来的字符串上进行替换，就有可能覆盖修改在该字符串后面的内存。如果是创建新的字符串并在新的字符串上进行替换，那么我们可以自己分配足够多的内存。

时间复杂度为O(n²)的解法

最直观的做法是从头到尾扫描字符串，每次碰到空格字符串的时候进行替换。由于是把一个字符替换成3个字符，我们必须要把空格后面所有的字符都后移2字节，否则就有两个字符被覆盖了

举个例子，我们从头到尾把"We are happy"中的每个空格替换成为"%20"。为了形象起见，我们可以用一个表格来表示字符串，表格中的每个格子表示一个字符。如下图

3.jpg

• （a）字符串"We are happy"
• （b）把字符串中的第一个空格替换成为'%20'，灰色背景表示需要移动的字符
• （c）把字符串中的第二个空格替换成'%20'，浅色背景表示需要移动一次的字符，深灰色背景表示需要移动两次的字符

我们替换第一个空格，这个字符串变成图中(b)的内容，表格中灰色背景的格子表示需要进行移动的区域。接着我们替换第二个空格，替换之后的内容是图中(c)的内容。同时，我们注意到深灰色背景标注的"happy"部分被移动了两次

假设字符串的长度是n，对每个空格字符，需要移动后面O(n)格字符，因此对于含有O(n)格空格字符的字符串而言，总的时间效率是O(n²)

时间度为O(n)的解法

我们可以先遍历一次字符串，这样就能统计出字符串中空格的字数，并可以由此计算出替换之后的字符串的总长度。每替换一个空格，长度增加2，因此替换以后字符串的长度等于原来的长度加上2乘以空格数目。我们还是以前面的字符串"We are happy"为例。"We are happy"这个字符串的长度为14（包括结尾字符'\0'），里面有两个空格，因此替换之后字符串的长度是18

2.jpg

我们从字符串的后面开始复制和替换。

首先准备两个指针：p1和p2。p1指向原始字符串的末尾，而p2指向替换之后的字符串的末尾，如图（a）所示。接下来我们向前移动指针p1，逐个把它指向的字符复制到p2指向的位置，直到碰到第一个空格为止。

此时字符串如图（b）所示，灰色背景的区域是进行了字符复制（移动）的区域。碰到第一个空格之后，把p1向前移动1格，在p2之前插入字符串"%20"。由于"%20"的长度为3，同时也要把p2向前移动3格，如图（c）

我们接着向前复制，直到碰到第二个空格，如图（d）所示，和上次一样，我们再把p1向前移动1格，并把p2向前移动3格插入“%20”，如图（e）所示。此时p1和p2指向同一位置，表明所有空格都已经替换完毕。

从上面的分析我们可以看到，所有的字符都只复制（移动）一次，因此这个算法的时间效率是O(n)，比第一个思路快

算法实现

//string为字符串 length是字符串的总长度
void replaceBlank(char string[], int length)
{
    if (string == nullptr || length < 0 ) // 字符串为空，不进行后续操作
        return;

    //originalLength为字符串string的实际长度
    int originalLength = 0;
    int numberOfBlank = 0;
    int i = 0;
    while (string[i] != '\0') { // 计算空格个数
        ++originalLength;
        if (string[i] == ' ') // 判断是否为空格
            ++numberOfBlank;
        ++i;
    }

    // newLength为把空格替换成为%20之后的长度
    int newLength = originalLength + numberOfBlank * 2;
    if (newLength > length) return ; // 确保在字符数组所开辟的内存范围内

    int indexOfOriginal = originalLength;
    int indexOfNew = newLength;
    while (indexOfOriginal >= 0 && indexOfNew > indexOfOriginal) { // 确保在字符串的有效范围内进行遍历
        if (string[indexOfOriginal] == ' ') // 利用数组设置值和交换值
        {
            string[indexOfNew--] = '0';
            string[indexOfNew--] = '2';
            string[indexOfNew--] = '%';
        } else {
            string[indexOfNew--] = string[indexOfOriginal];
        }
        --indexOfOriginal;
    }
}

相关题目

有两个排序的数组A1和A2，内存在A1的末尾有足够多的空间容纳A2。请实现一个函数，把A2中的所有数字插入A1中，并且所有的数字是排序的。

和前面的题目一样，很多人首先想到的办法是在A1中从头到尾复制数字，但这样就会出现多次复制一个数字的情况，更好的办法是从尾到头比较A1和A2中的数字，并把较大的数字复制到A1中的合适位置。

void combineArray(int A1[], int A2[], int length1, int length2)
{
    int newIndex=((length1--)+(length2--))-1; //两个数组现有值的总个数，确定最后的位置
    while (length1 >= 0 && length2 >= 0)
    {
        if (A1[length1] >= A2[length2]) //从后往前比较插入
            A1[newIndex--] = A1[length1--];
        else
            A1[newIndex--] = A2[length2--];
    }

    while (length1 >= 0) //剩余的值
        A1[newIndex--] = A1[length1--];
    while (length2 >= 0)
        A1[newIndex--] = A2[length2--];
}

总结

在合并两个数组（包括字符串）时，如果从前往后复制每个数字（或字符串）则需要移动数字（或字符）多次，那么我们可以考虑从后往前复制，这样就能减少移动的次数，从而提高效率。

参考

《剑指offer》