Java 字符串反轉的 7 種實現方式與性能對比

前言

字符串反轉是面試高頻考點，也是基礎算法練翐。Java 中字符串不可變，反轉本質是創建新字符串。本文總結 7 種常見實現，從遞歸到位運算，並分析時間空間複雜度與適用場景。

七種實現方式

1. 遞歸分治法

public static String reverse1(String s) {
    int len = s.length();
    if (len <= 1) return s;
    String left = s.substring(0, len / 2);
    String right = s.substring(len / 2);
    return reverse1(right) + reverse1(left);
}

特點：代碼優雅，但遞歸深度 O(log n)，大量字符串拼接導致 O(n log n) 時間複雜度，不推薦生產使用。

2. 正序遍歷拼接

public static String reverse2(String s) {
    String rev = "";
    for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
        rev = s.charAt(i) + rev;
    }
    return rev;
}

特點：每次拼接創建新字符串，時間複雜度 O(n²)，極其低效。

3. 逆序遍歷拼接

public static String reverse3(String s) {
    char[] arr = s.toCharArray();
    String rev = "";
    for (int i = arr.length - 1; i >= 0; i--) {
        rev += arr[i];
    }
    return rev;
}

特點：同樣存在字符串拼接性能問題，JDK 9+ 會優化為 StringBuilder，但仍不如顯式構建器。

4. StringBuffer/Builder 一行代碼（推薦）

public static String reverse4(String s) {
    return new StringBuilder(s).reverse().toString();
}

特點：標準庫實現，高度優化，線程安全。單線程環境首選 StringBuilder，多線程用 StringBuffer。

5. 數組雙指針原地交換（最高效）

public static String reverse5(String s) {
    char[] arr = s.toCharArray();
    int n = arr.length - 1;
    int half = n / 2;
    for (int i = 0; i <= half; i++) {
        char tmp = arr[i];
        arr[i] = arr[n - i];
        arr[n - i] = tmp;
    }
    return new String(arr);
}

特點：原地交換，空間 O(n)，時間 O(n)，手寫算法面試首選。

6. 異或交換（無臨時變量）

public static String reverse6(String s) {
    char[] arr = s.toCharArray();
    int l = 0, r = s.length() - 1;
    while (l < r) {
        arr[l] = (char) (arr[l] ^ arr[r]);
        arr[r] = (char) (arr[l] ^ arr[r]);
        arr[l] = (char) (arr[r] ^ arr[l]);
        l++; r--;
    }
    return new String(arr);
}

特點：位運算技巧，避免臨時變量，但現代 JVM 優化下無性能優勢，可讀性差，不推薦。

7. 棧結構（後進先出）

public static String reverse7(String s) {
    char[] arr = s.toCharArray();
    Stack stack = new Stack<>();
    for (char c : arr) stack.push(c);
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    while (!stack.isEmpty()) sb.append(stack.pop());
    return sb.toString();
}

特點：利用棧特性，空間 O(n)，時間 O(n)，適合教學演示棧應用。

性能對比與選擇建議

補充：處理 Unicode 補充字符

上述方法基于 char (UTF-16 代碼單元)，對於 Emoji 等補充字符（佔 2 個 char）會反轉錯誤。正確處理需使用 codePoint API：

public static String reverseUnicodeSafe(String s) {
    int[] codePoints = s.codePoints().toArray();
    for (int i = 0, j = codePoints.length - 1; i < j; i++, j--) {
        int tmp = codePoints[i];
        codePoints[i] = codePoints[j];
        codePoints[j] = tmp;
    }
    return new String(codePoints, 0, codePoints.length);
}

總結

日常開發**直接使用 new StringBuilder(s).reverse().toString()**；面試手寫掌握**雙指針數組交換**；理解各方法優劣，根據場景選擇。切記：字符串不可變，反轉本質都是創建新對象。