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C 练习实例35 – 字符串反转（一文讲透）

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前言

在编程学习的旅程中，字符串操作是一个既基础又关键的技能。C 练习实例35 – 字符串反转 是许多开发者在学习过程中接触的经典题目之一。它不仅能够帮助我们理解字符串在内存中的存储方式，还能巩固指针、循环和数组等核心概念。无论是编程初学者还是希望提升代码逻辑的中级开发者，这个练习都是一个绝佳的实践机会。

本文将从零开始，逐步讲解如何实现字符串反转，并通过代码示例、常见问题分析和优化技巧，帮助读者全面掌握这一技能。

字符串的基础知识：理解内存中的字符数组

在 C 语言中，字符串本质上是一个以 '\0'（空字符）结尾的字符数组。例如，字符串 "hello" 在内存中存储为 'h', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'。每个字符占据一个字节的空间，而 '\0' 的存在标志着字符串的结束。

比喻：可以把字符串想象成一本翻开的书，每个字符是书页上的文字，而 '\0' 是书的封底，告诉程序“到这里为止”。

关键点：

  1. 字符数组与指针的关系：字符串常通过指针操作，例如 char *str = "hello";。
  2. 长度计算：字符串的实际长度可以通过循环遍历直到 '\0'，或使用标准库函数 strlen()。
  3. 内存分配：静态字符串（如 "hello"）存储在只读内存区，而动态字符串（如 char str[] = "hello";）则可修改。

手动实现字符串反转：双指针法的原理与代码

字符串反转的核心思想是交换首尾字符，逐步向中间移动。例如，字符串 "abcd" 反转后为 "dcba"。

步骤分解：

  1. 定位首尾指针：一个指针指向字符串开头，另一个指向结尾（不包括 '\0'）。
  2. 交换字符：将首尾指针指向的字符互换。
  3. 移动指针：首指针向右移动一位，尾指针向左移动一位，直到两者相遇或交叉。

代码示例：

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

void reverse_string(char *str) {  
    int len = strlen(str);  
    int start = 0;  
    int end = len - 1;  

    while (start < end) {  
        // 交换首尾字符  
        char temp = str[start];  
        str[start] = str[end];  
        str[end] = temp;  

        start++;  
        end--;  
    }  
}  

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

代码解析：

  • strlen(str) 计算字符串长度，排除 '\0'。
  • start 和 end 分别初始化为首尾索引。
  • while 循环持续交换字符，直到指针相遇（如字符串长度为偶数）或交叉（如长度为奇数）。

使用 C 标准库函数的替代方案

除了手动实现，C 标准库提供了一些与字符串相关的函数，例如 strrev()（在部分系统中可用）。

代码示例：

#include <stdio.h>  
#include <string.h>  
#include <stdlib.h>  // 部分系统需要包含此头文件  

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

注意事项：

  • strrev() 并非所有 C 标准库都支持，需查阅具体环境文档。
  • 使用库函数时，确保字符串是可修改的（如动态分配或数组），而非常量字符串（如 "hello"）。

优化与扩展：处理特殊场景与性能提升

1. 空字符串或单字符处理

如果输入为空或只有一个字符，反转逻辑应直接返回原字符串，避免无效操作。

if (len <= 1) {  
    return;  
}

2. 原地反转 vs 新数组

手动实现的 reverse_string 是“原地”操作，直接修改原字符串。若需保留原字符串，可复制一份后再反转。

3. 递归实现

虽然递归可能增加内存开销，但可以作为练习：

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

常见错误与调试技巧

1. 忘记终止符 '\0'

在反转过程中，若修改了字符串的指针或长度，需确保最终 '\0' 仍位于末尾。

2. 越界访问

例如，end 初始化为 strlen(str) 而非 strlen(str) - 1，会导致访问超出数组范围。

3. 循环条件错误

若条件为 start <= end，在奇数长度时会多交换一次中间字符，但通常不会影响结果。

实战案例：综合应用与进阶思考

案例 1：逆波兰表达式求值中的字符串处理

在复杂算法中，字符串反转可能作为子步骤出现。例如，将数字字符串反转后转换为整数：

int string_to_number(char *str) {  
    reverse_string(str);  // 先反转字符串，如 "123" → "321"  
    int num = 0;  
    for (int i = 0; str[i] != '\0'; i++) {  
        num = num * 10 + (str[i] - '0');  
    }  
    return num;  // 返回原字符串的数值，如 123  
}

案例 2：回文检测

通过比较原字符串与反转后的字符串是否相同：

int is_palindrome(char *str) {  
    char reversed[strlen(str) + 1];  
    strcpy(reversed, str);  
    reverse_string(reversed);  
    return strcmp(str, reversed) == 0;  
}

结论

通过 C 练习实例35 – 字符串反转 的实践，我们不仅掌握了字符串操作的核心方法，还学会了如何通过指针、循环和递归解决问题。这一练习的价值远不止于代码本身，它培养了开发者对内存布局、算法逻辑和错误排查的深刻理解。

无论是手动实现的双指针法，还是库函数的高效调用，关键在于理解每一步操作的底层逻辑。希望本文能为读者提供清晰的思路，并激发进一步探索 C 语言字符串处理的兴趣。

推荐阅读：若对字符串操作感兴趣，可尝试扩展练习，例如实现字符串逆序输出时不使用额外空间，或编写函数处理多字节字符编码（如 UTF-8）。

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