C語言字串反轉：原地演算法與空間優化技巧

C語言字串反轉：原地演算法與空間優化技巧

字串反轉是 C 語言基礎教學中的經典題目，也是面試高頻考點。本題要求將字元陣列 "student a am i" 原地反轉為 "i am a student"，且只能開闢有限額外空間（O(1) 空間複雜度）。這正是雙指標原地交換演算法的典型應用場景。

核心程式碼

#include <stdio.h>

// 反轉函數：傳入字串長度與字元陣列
void my_reverse(int len, char arr[]) {
    int left = 0;
    int right = len - 1;
    while (left < right) {
        char tmp = arr[left];
        arr[left] = arr[right];
        arr[right] = tmp;
        left++;
        right--;
    }
}

int main() {
    // 注意：原始字串已預先反轉字元順序，方便演示
    char arr[] = "tneduts a ma i";
    int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]) - 1;  // 扣除 '\0'
    my_reverse(len, arr);
    printf("%s\n", arr);  // 輸出: i am a student
    return 0;
}

關鍵技術細節解析

1. 字串長度計算：sizeof vs strlen

• sizeof(arr) 回傳整個陣列佔用的位元組數，包含結束符 '\0'。
• strlen(arr) 回傳字串實際字元長度，不含 '\0'。
• 本例使用 sizeof(arr)/sizeof(arr[0]) - 1 精確取得有效字元長度。

2. 雙指標原地交換

• left 從索引 0 開始，right 從 len-1 開始。
• 當 left < right 時交換兩端字元，隨後向中間收攏。
• 迴圈結束條件為 left >= right，確保奇偶長度皆正確處理。

3. 函數回傳型別設計

函數宣告為 void，因為直接修改傳入陣列的內容（陣列名退化為指標傳遞），無需額外回傳值。這符合 C 語言「傳址修改」的慣用模式。

進階延伸：單詞級反轉

若題目升級為「反轉單詞順序但保持單詞內字元順序」，例如 "student a am i" → "i am a student"，可採用兩階段策略：

1. 整體字串反轉："i ma a tneduts"
2. 逐個單詞再次反轉："i am a student"

void reverse_words(char *str) {
    // 階段 1：整體反轉
    int len = strlen(str);
    my_reverse(len, str);

    // 階段 2：逐單詞反轉
    char *start = str;
    for (char *p = str; *p; p++) {
        if (*p == ' ') {
            my_reverse(p - start, start);
            start = p + 1;
        }
    }
    my_reverse(strlen(start), start);  // 處理最後一個單詞
}

常見錯誤與避坑指南

掌握原地反轉演算法不僅能解決字串操作題目，更能鍛鍊指標操作與邊界條件控制能力，是 C 語言程式設計進階的必修課。