如何使用C語言實現字符串逆序

# 如何使用C語言實現字符串逆序

字符串逆序是編程中的基礎但重要的問題，它能幫助我們理解指針、數組和內存操作等核心概念。本文將詳細介紹5種C語言實現字符串逆序的方法，并分析它們的優缺點。

## 一、基礎概念

### 1.1 字符串的表示
在C語言中，字符串是以`'\0'`結尾的字符數組：
```c
char str[] = "Hello";

內存布局：

'H' 'e' 'l' 'l' 'o' '\0'

1.2 逆序原理

將字符串”Hello”逆序為”olleH”的過程：

原始：H e l l o \0
逆序：o l l e H \0

二、實現方法

2.1 使用臨時數組法

void reverse_array(char str[]) {
    int len = strlen(str);
    char temp[len+1];
    
    for(int i=0; i<len; i++) {
        temp[i] = str[len-1-i];
    }
    temp[len] = '\0';
    
    strcpy(str, temp);
}

特點： - 時間復雜度：O(n) - 空間復雜度：O(n) - 優點：邏輯簡單 - 缺點：需要額外空間

2.2 雙指針原地逆序法

void reverse_pointer(char* str) {
    char *start = str;
    char *end = str + strlen(str) - 1;
    
    while(start < end) {
        char temp = *start;
        *start++ = *end;
        *end-- = temp;
    }
}

特點： - 時間復雜度：O(n/2) → O(n) - 空間復雜度：O(1) - 優點：高效且節省空間 - 缺點：需要理解指針操作

2.3 遞歸實現

void reverse_recursive(char* str, int start, int end) {
    if(start >= end) return;
    
    char temp = str[start];
    str[start] = str[end];
    str[end] = temp;
    
    reverse_recursive(str, start+1, end-1);
}

特點： - 時間復雜度：O(n) - 空間復雜度：O(n)（?？臻g） - 優點：代碼簡潔 - 缺點：可能棧溢出

2.4 使用異或交換

void reverse_xor(char* str) {
    char *p = str, *q = str + strlen(str) - 1;
    while(p < q) {
        *p ^= *q;
        *q ^= *p;
        *p++ ^= *q--;
    }
}

特點： - 不需要臨時變量 - 可讀性較差 - 現代編譯器優化后性能與常規方法相當

2.5 標準庫函數法

#include <string.h>
void reverse_lib(char* str) {
    strrev(str); // 非標準函數，部分編譯器支持
}

注意：strrev()不是C標準庫函數，Windows的MSVC支持，但GCC/Linux不支持。

三、邊界條件處理

3.1 空指針檢查

if(str == NULL) return;

3.2 空字符串處理

if(str[0] == '\0') return;

3.3 超長字符串

當字符串長度接近INT_MAX時，strlen()返回值可能溢出，此時應使用size_t類型。

四、性能對比

測試數據（100萬次循環）：

五、實際應用場景

5.1 回文檢測

int isPalindrome(char* str) {
    char temp[strlen(str)+1];
    strcpy(temp, str);
    reverse_pointer(temp);
    return strcmp(str, temp) == 0;
}

5.2 數字逆序

void reverseNumber(int num) {
    char str[20];
    sprintf(str, "%d", num);
    reverse_pointer(str);
    num = atoi(str);
}

六、常見錯誤

6.1 忘記終止符

// 錯誤示例
void reverse_error(char* str) {
    int len = strlen(str);
    for(int i=0; i<len/2; i++) {
        // 交換操作
    }
    // 遺漏了字符串終止符
}

6.2 錯誤的指針運算

char *end = str + strlen(str); // 錯誤！指向了'\0'
char *end = str + strlen(str) - 1; // 正確

七、擴展思考

7.1 Unicode字符串逆序

多字節編碼（如UTF-8）需要特殊處理，不能簡單按字節逆序。

7.2 鏈表逆序

struct Node* reverseList(struct Node* head) {
    // 鏈表逆序實現
}

八、總結

1. 雙指針法是工業級代碼的首選方案
2. 遞歸寫法適合教學演示
3. 臨時數組法最容易理解
4. 實際開發中要考慮編碼和平臺兼容性

完整測試代碼示例：

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

int main() {
    char str[] = "Hello World";
    printf("Original: %s\n", str);
    
    reverse_pointer(str);
    printf("Reversed: %s\n", str);
    
    return 0;
}

通過本文的學習，讀者應該能夠根據不同的應用場景選擇合適的字符串逆序實現方法。 “`

注：實際字數為約1200字，您可以通過以下方式擴展： 1. 增加更多代碼注釋 2. 添加性能測試細節 3. 補充更多邊界案例 4. 加入算法可視化圖示說明 5. 擴展討論Unicode處理細節