剑指Offer面试题：3.替换空格

一、题目：替换空格

题目：请实现一个函数，把字符串中的每个空格替换成"%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，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符号转换成服务器可以识别的字符。转换的规则是在'%'后面跟上ASCII码的两位十六进制的表示。比如空格的ASCII码是32，即十六进制的0x20，因此空格被替换成"%20"。再比如'#'的ASCII码为35，即十六进制的0x23，它在URL中被替换为"%23"。

二、解题思路

2.1 O(n²)的解法

　　最直观的做法是从头到尾扫描字符串，每一次碰到空格字符的时候做替换。由于是把1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两个字节，否则就有两个字符被覆盖了。下图展示了从前往后把字符串中的空格替换成'%20'的过程：

　　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)个字符，因此对含有O(n)个空格字符的字符串而言总的时间效率是O(n²)。

2.2 O(n)的解法

　　Step1.先遍历一次字符串，这样就能统计出字符串中空格的总数，并可以由此计算出替换之后的字符串的总长度。

　　以前面的字符串"We arehappy."为例，"We are happy."这个字符串的长度是14（包括结尾符号'\0'），里面有两个空格，因此替换之后字符串的长度是18。

　　Step2.从字符串的后面开始复制和替换。

　　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。接下来向前移动指针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。接着向前复制，直到碰到第二、三或第n个空格。

　　从上面的分析我们可以看出，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)，比第一个思路要快。

三、解决问题

3.1 代码实现

    public static void ReplaceBlank(char[] target, int maxLength)
    {
        if (target == null || maxLength <= 0)
        {
            return;
        }

        // originalLength 为字符串target的实际长度
        int originalLength = 0;
        int blankCount = 0;
        int i = 0;

        while (target[i] != '\0')
        {
            originalLength++;
            // 计算空格数量
            if (target[i] == ' ')
            {
                blankCount++;
            }
            i++;
        }

        // newLength 为把空格替换成'%20'之后的长度
        int newLength = originalLength + 2 * blankCount;
        if (newLength > maxLength)
        {
            return;
        }

        // 设置两个指针，一个指向原始字符串的末尾，另一个指向替换之后的字符串的末尾
        int indexOfOriginal = originalLength;
        int indexOfNew = newLength;

        while (indexOfOriginal >= 0 && indexOfNew >= 0)
        {
            if (target[indexOfOriginal] == ' ')
            {
                target[indexOfNew--] = '0';
                target[indexOfNew--] = '2';
                target[indexOfNew--] = '%';
            }
            else
            {
                target[indexOfNew--] = target[indexOfOriginal];
            }

            indexOfOriginal--;
        }
    }

3.2 单元测试

　　由于C#语言的特殊性，这里在测试初始化时做了一些特殊处理操作：

        const int maxLength = 100;
        char[] target = new char[maxLength];
        // Pre-Test
        [TestInitialize]
        public void ReplaceBlankInitialize()
        {
            for (int i = 0; i < maxLength; i++)
            {
                target[i] = '\0';
            }
        }

        public char[] GenerateNewTarget()
        {
            int length = 0;
            for (int i = 0; i < maxLength && target[i] != '\0'; i++)
            {
                length++;
            }

            char[] newTarget = new char[length];

            for (int i = 0; i < maxLength && target[i] != '\0'; i++)
            {
                newTarget[i] = target[i];
            }

            return newTarget;
        }

　　（1）Test1:空格在句子中间

        // Test1:空格在句子中间
        [TestMethod]
        public void ReplaceBlankTest1()
        {
            // "hello world"
            target[0] = 'h';
            target[1] = 'e';
            target[2] = 'l';
            target[3] = 'l';
            target[4] = 'o';
            target[5] = ' ';
            target[6] = 'w';
            target[7] = 'o';
            target[8] = 'r';
            target[9] = 'l';
            target[10] = 'd';

            Program.ReplaceBlank(target, maxLength);
            string compared = new string(this.GenerateNewTarget());
            string expected = "hello%20world";

            Assert.AreEqual(compared, expected);
        }

　　（2）Test2:空格在句子开头

        // Test2:空格在句子开头
        [TestMethod]
        public void ReplaceBlankTest2()
        {
            // " helloworld"
            target[0] = ' ';
            target[1] = 'h';
            target[2] = 'e';
            target[3] = 'l';
            target[4] = 'l';
            target[5] = 'o';
            target[6] = 'w';
            target[7] = 'o';
            target[8] = 'r';
            target[9] = 'l';
            target[10] = 'd';

            Program.ReplaceBlank(target, maxLength);
            string compared = new string(this.GenerateNewTarget());
            string expected = "%20helloworld";

            Assert.AreEqual(compared, expected);
        }

　　（3）Test3:空格在句子末尾

        // Test3:空格在句子末尾
        [TestMethod]
        public void ReplaceBlankTest3()
        {
            // "helloworld "
            target[0] = 'h';
            target[1] = 'e';
            target[2] = 'l';
            target[3] = 'l';
            target[4] = 'o';
            target[5] = 'w';
            target[6] = 'o';
            target[7] = 'r';
            target[8] = 'l';
            target[9] = 'd';
            target[10] = ' ';

            Program.ReplaceBlank(target, maxLength);
            string compared = new string(this.GenerateNewTarget());
            string expected = "helloworld%20";

            Assert.AreEqual(compared, expected);
        }

　　（4）Test4:连续有两个空格

        // Test4:连续有两个空格
        [TestMethod]
        public void ReplaceBlankTest4()
        {
            // "helloworld "
            target[0] = 'h';
            target[1] = 'e';
            target[2] = 'l';
            target[3] = 'l';
            target[4] = 'o';
            target[5] = ' ';
            target[6] = ' ';
            target[7] = 'w';
            target[8] = 'o';
            target[9] = 'r';
            target[10] = 'l';
            target[11] = 'd';

            Program.ReplaceBlank(target, maxLength);
            string compared = new string(this.GenerateNewTarget());
            string expected = "hello%20%20world";

            Assert.AreEqual(compared, expected);
        }

　　（5）Test5:传入NULL

        // Test5:传入NULL
        [TestMethod]
        public void ReplaceBlankTest5()
        {
            target = null;
            Program.ReplaceBlank(target, 0);
            char[] expected = null;

            Assert.AreEqual(target, expected);
        }

　　（6）Test6:传入内容为空的字符串

        // Test6:传入内容为空的字符串
        [TestMethod]
        public void ReplaceBlankTest6()
        {
            // ""
            Program.ReplaceBlank(target, maxLength);
            string compared = new string(this.GenerateNewTarget());
            string expected = "";

            Assert.AreEqual(compared, expected);
        }

　　（7）Test7:传入内容为一个空格的字符串

        // Test7:传入内容为一个空格的字符串
        [TestMethod]
        public void ReplaceBlankTest7()
        {
            // " "
            target[0] = ' ';

            Program.ReplaceBlank(target, maxLength);
            string compared = new string(this.GenerateNewTarget());
            string expected = "%20";

            Assert.AreEqual(compared, expected);
        }

　　（8）Test8:传入的字符串没有空格

        // Test8:传入的字符串没有空格
        [TestMethod]
        public void ReplaceBlankTest8()
        {
            // "helloworld "
            target[0] = 'h';
            target[1] = 'e';
            target[2] = 'l';
            target[3] = 'l';
            target[4] = 'o';
            target[5] = 'w';
            target[6] = 'o';
            target[7] = 'r';
            target[8] = 'l';
            target[9] = 'd';

            Program.ReplaceBlank(target, maxLength);
            string compared = new string(this.GenerateNewTarget());
            string expected = "helloworld";

            Assert.AreEqual(compared, expected);
        }

　　（9）Test9:传入的字符串全是空格

        // Test9:传入的字符串全是空格
        [TestMethod]
        public void ReplaceBlankTest9()
        {
            // "     "
            target[0] = ' ';
            target[1] = ' ';
            target[2] = ' ';
            target[3] = ' ';
            target[4] = ' ';

            Program.ReplaceBlank(target, maxLength);
            string compared = new string(this.GenerateNewTarget());
            string expected = "%20%20%20%20%20";

            Assert.AreEqual(compared, expected);
        }

　　单元测试结果如下图所示：

 

作者：周旭龙

出处：http://edisonchou.cnblogs.com

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