字符串反转方法

Posted 2020-10-16 你可别玩了

1. 使用Array.Reverse方法

对于字符串反转，我们可以使用.NET类库自带的Array.Reverse方法

public static string ReverseByArray(string original)
{
char[] c = original.ToCharArray();
Array.Reverse(c);
return new string(c);
}

2. 使用字符缓存

在面试或笔试中，往往要求不用任何类库方法，那么有朋友大概会使用类似下面这样的循环方法

public static string ReverseByCharBuffer(this string original)
{
char[] c = original.ToCharArray();
int l = original.Length;
char[] o = new char[l];
for (int i = 0; i < l ; i++)
{
o[i] = c[l - i - 1];
}
return new string(o);
}

当然，聪明的同学们一定会发现不必对这个字符数组进行完全遍历，通常情况下我们会只遍历一半

public static string ReverseByCharBuffer2(string original)
{
char[] c = original.ToCharArray();
int l = original.Length;
for (int i = 0; i < l / 2; i++)
{
char t = c[i];
c[i] = c[l - i - 1];
c[l - i - 1] = t;
}
return new string(c);
}

ReverseByCharBuffer使用了一个新的数组，而且遍历了字符数组的所有元素，因此时间和空间的开销都要大于ReverseByCharBuffer2。

在Array.Reverse内部，调用了非托管方法TrySZReverse，如果TrySZReverse不成功，实际上也是调用了类似ReverseByCharBuffer2的方法。

if (!TrySZReverse(array, index, length))
{
int num = index;
int num2 = (index + length) - 1;
object[] objArray = array as object[];
if (objArray == null)
{
while (num < num2)
{
object obj3 = array.GetValue(num);
array.SetValue(array.GetValue(num2), num);
array.SetValue(obj3, num2);
num++;
num2--;
}
}
else
{
while (num < num2)
{
object obj2 = objArray[num];
objArray[num] = objArray[num2];
objArray[num2] = obj2;
num++;
num2--;
}
}
}

大致上我能想到的算法就是这么多了，但是我无意间发现了StackOverflow上的一篇帖子，才发现这么一个看似简单的反转算法实现起来真可谓花样繁多。
3. 使用StringBuilder

使用StringBuilder方法大致和ReverseByCharBuffer一样，只不过不使用字符数组做缓存，而是使用StringBuilder。

public static string ReverseByStringBuilder(this string original)
{
StringBuilder sb = new StringBuilder(original.Length);
for (int i = original.Length - 1; i >= 0; i--)
{
sb.Append(original[i]);
}
return sb.ToString();
}

当然，你可以预见，这种算法的效率不会比ReverseByCharBuffer要高。

我们可以像使用字符缓存那样，对使用StringBuilder方法进行优化，使其遍历过程也减少一半

public static string ReverseByStringBuilder2(this string original)
{
StringBuilder sb = new StringBuilder(original);
for (int i = 0, j = original.Length - 1; i <= j; i++, j--)
{
sb[i] = original[j];
sb[j] = original[i];
}
return sb.ToString();
}

以上这几种方法按算法角度来说，其实可以归结为一类。然而下面的几种算法就完全不是同一类型的了。
使用栈

4. 栈是一个很神奇的数据结构。我们可以使用它后进先出的特性来对数组进行反转。先将数组所有元素压入栈，然后再取出，顺序很自然地就与原先相反了。

public static string ReverseByStack(this string original)
{
Stack<char> stack = new Stack<char>();
foreach (char ch in original)
{
stack.Push(ch);
}
char[] c = new char[original.Length];
for (int i = 0; i < original.Length; i++)
{
c[i] = stack.Pop();
}
return new string(c);
}

两次循环和栈的开销无疑使这种方法成为目前为止开销最大的方法。但使用栈这个数据结构的想法还是非常有价值的。
使用XOR

5. 使用逻辑异或也可以进行反转

public static string ReverseByXor(string original)
{
char[] charArray = original.ToCharArray();
int l = original.Length - 1;
for (int i = 0; i < l; i++, l--)
{
charArray[i] ^= charArray[l];
charArray[l] ^= charArray[i];
charArray[i] ^= charArray[l];
}
return new string(charArray);
}

在C#中，x ^= y相当于x = x ^ y。通过3次异或操作，可以将两个字符为止互换。对于算法具体的解释可以参考这篇文章。
6. 使用指针

使用指针可以达到最快的速度，但是unsafe代码不是微软所推荐的，在这里我们就不多做讨论了

public static unsafe string ReverseByPointer(this string original)
{
fixed (char* pText = original)
{
char* pStart = pText;
char* pEnd = pText + original.Length - 1;
for (int i = original.Length / 2; i >= 0; i--)
{
char temp = *pStart;
*pStart++ = *pEnd;
*pEnd-- = temp;
}

return original;
}
}

7. 使用递归

对于反转这类算法，都可以使用递归方法

public static string ReverseByRecursive(string original)
{
if (original.Length == 1)
return original;
else
return original.Substring(1).ReverseByRecursive() + original[0];
}

8. 使用委托，还可以使代码变得更加简洁

public static string ReverseByRecursive2(this string original)
{
Func<string, string> f = null;
f = s => s.Length > 0 ? f(s.Substring(1)) + s[0] : string.Empty;
return f(original);
}

但是委托开销大的弊病在这里一点也没有减少，以至于我做性能测试的时候导致系统假死甚至内存益处。
使用LINQ

9. System.Enumerable里提供了默认的Reverse扩展方法，我们可以基于该方法来对String类型进行扩展

public static string ReverseByLinq(this string original)
{
return new string(original.Reverse().ToArray());
}