数据结构04附录01：字符串大写转小写[C++]

图源：文心一言

上机题目练习整理~🥝🥝

本篇作为字符串的代码补充，提供了3种（差别并不大）解法以及函数的详细解释，供小伙伴们参考~🥝🥝

前文：🌸数据结构04：串的存储结构与KMP算法_串的三种存储方式-CSDN博客

第1版：在力扣新手村刷题的记录，方法一与方法二是文心一言老师提供的建议，方法三是力扣的官方解法~🧩🧩

编辑：梅头脑🌸

题目：709. 转换成小写字母 - 力扣（LeetCode）

📇目录

🧵转换小写字母的题目

🧩题目

🌰方法一：for循环 + 转小写函数tolower

🌰方法二：transform转换 + 转小写函数tolower

🌰方法三：for循环 + ASCII码

🔚结语

🧵转换小写字母的题目

🧩题目

给你一个字符串 s ，将该字符串中的大写字母转换成相同的小写字母，返回新的字符串。

示例 1：
输入：s = "Hello"
输出："hello"
示例 2：
输入：s = "here"
输出："here"
示例 3：
输入：s = "LOVELY"
输出："lovely"

🌰方法一：for循环 + 转小写函数tolower

📇算法思路

算法思想：使用for循环，对于字符串中的每个字母转小写~
时间复杂度：O(n)，其中n是数组的长度，该代码对字符串中的每个字符都进行了操作。
空间复杂度：O(1)，其中n是数组的长度，该代码直接在原字符串上进行操作，没有使用额外的存储空间。

⌨️算法代码

class Solution {
public:
    string toLowerCase(string s) {    // 返回类型为string的方法，名为toLowerCase。它接受一个名为s的字符串参数
        for (char &c : s) {           // 基于范围的for循环，用于遍历字符串s中的每一个字符。这里使用的是C++11中的范围for循环语法
           c = std::tolower(c);       // 对于字符串s中的每个字符c，都调用了std::tolower函数。这个函数是C++标准库中的一个函数，用于将大写字母转换为小写字母
        }
        return s;  // 返回转换后的字符串  // 返回原始字符串s
    }
};

⌨️温馨提示

可能问题：请注意，以下写法可能会导致下图的执行错误：

第4行直接写为：“for (char c : s)”，而非for (char &c : s)
第5行直接写为：“std::tolower(c);”，而非c = std::tolower(c);

问题所在：由于std::tolower(c);没有将结果存储回原字符c，所以实际上有些字符未被转换为小写。因此，当我们尝试返回原始字符串时，它仍然是原来的大小写形式。

⌨️函数解释

基于范围的for循环（Range-based for loop）

是C++11中引入的一种新特性，它允许我们更简洁、更直观地遍历容器（如数组、字符串、向量等）中的元素。

这种循环的基本语法如下：

for (element_type value : container) {  
    // 循环体  
}

element_type 是容器中元素的类型，
value 是我们为每个元素定义的临时变量名，
container 是要遍历的容器。

为什么使用基于范围的for循环？

简洁性：它避免了使用传统的迭代器，使代码更简洁。
直观性：对于不熟悉迭代器的开发者来说，基于范围的for循环更直观，更容易理解。
性能：在某些情况下，基于范围的for循环可能比使用迭代器更快，因为编译器可以进行更多的优化。

例子：

假设我们有一个整数数组，并想打印出数组中的所有元素：

使用传统的迭代器：
#include <iostream>

int main() {
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (int *it = arr; it != arr + 5; ++it) {
        std::cout << *it << ' ';
    }

    return 0;
}
使用基于范围的for循环：
#include <iostream>

int main() {
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (int value : arr) {
        std::cout << value << ' ';
    }

    return 0;
}
基于范围的for循环不仅适用于数组，还适用于所有支持迭代器的容器，如std::vector, std::string, std::list等。

例如本题就是基于std::string的遍历~~

🌰方法二：transform转换 + 转小写函数tolower

📇算法思路

算法思想：将循环替换为transform，也可以达到对字符串中的字符逐个操作的结果；
时间复杂度：O(n)，其中n是数组的长度，该代码对字符串中的每个字符都进行了操作。
空间复杂度：O(1)，其中n是数组的长度，该代码直接在原字符串上进行操作，没有使用额外的存储空间。

⌨️算法代码

class Solution {
public:
    string toLowerCase(string s) { 
        std::transform(s.begin(), s.end(), s.begin(), ::tolower);  // 将所有字符转换为小写  
        return s;  // 返回转换后的字符串  
    }
};

⌨️函数解释

std::transform: 这是C++标准库中的函数，用于对容器中的元素进行转换。
s.begin(), s.end(): 这两个参数定义了一个范围，即从字符串s的开始到结束。这意味着我们要对字符串s中的所有字符进行操作。
s.begin(): 这是输出迭代器，表示转换后的字符应该被写入的位置。因为我们要将转换后的字符覆盖原字符串，所以输出迭代器就是s.begin()。
::tolower: 这是一个函数指针，指向C标准库中的tolower函数。这个函数的作用是将大写字母转换为小写字母。

⌨️知识扩展

transform

参考原文：C++ transform(STL transform)函数用法详解 (biancheng.net)

transform() 可以将函数应用到序列的元素上，并将这个函数返回的值保存到另一个序列中，它返回的迭代器指向输出序列所保存的最后一个元素的下一个位置。
这个序列可以是字符串，如本题；
这个序列可以是向量容器，例如以下举栗在向量中存储的数据从摄氏度转换到华氏度。
std::vector<double> deg_C {21.0, 30.5, 0.0, 3.2, 100.0};
std::vector<double> deg_F(deg_C.size());
std::transform(std::begin(deg_C), std::end(deg_C), std::begin(deg_F),[](double temp){ return 32.0 + 9.0*temp/5.0; });
//Result 69.8 86.9 32 37.76 212
第1行代码创建了一个名为 deg_C 的向量，并初始化了五个浮点数；
第2行代码创建了一个新的向量 deg_F，其大小与 deg_C 相同。这个新向量被初始化为空。
第3行使用了 std::transform 算法来转换 deg_C 中的数据，并将结果存储在 deg_F 中。
std::begin(deg_C) 和 std::end(deg_C)：这两个函数是定义输入序列的输入迭代器，指向 deg_C 向量的开始和结束。
std::begin(deg_F)：是目的位置的第一个元素的输出迭代器，指向 deg_F 向量的开始。（值得注意的是，如果是rbegin，则为反向迭代器，指向容器中的最后一个元素）
[](double temp){ return 32.0 + 9.0*temp/5.0; }：这是一个 lambda 函数，用于将摄氏度转换为华氏度。转换公式是：F = C × 9/5 + 32。

上述代码感兴趣可以直接运行这个：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>  // 为了使用 std::transform

int main() {
    std::vector<double> deg_C {21.0, 30.5, 0.0, 3.2, 100.0};
    std::vector<double> deg_F(deg_C.size());

    std::transform(std::begin(deg_C), std::end(deg_C), std::begin(deg_F), [](double temp) { return 32.0 + 9.0 * temp / 5.0; });

    // 打印转换结果
    for (const auto& temp : deg_F) {
        std::cout << temp << " ";
    }

    return 0;
}

用静态数组也可以，不过文心老师温馨提醒，实际使用过程中，数组长度一般是固定的，灵活性小于容器，且不负责内存管理~

#include <iostream>

int main() {
    double deg_C[] = {21.0, 30.5, 0.0, 3.2, 100.0};
    double deg_F[5];  // 注意大小固定为5

    for (size_t i = 0; i < 5; ++i) {
        deg_F[i] = 32.0 + 9.0 * deg_C[i] / 5.0;
    }

    // 打印转换结果
    for (size_t i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << deg_F[i] << " ";
    }

    return 0;
}

🌰方法三：for循环 + ASCII码

📇算法思路

算法思想：
ASCII码中，小写字母a-z的码值为97-122。因此，要将大写字母A-Z转换为小写字母，只需将对应的大写字母码值加上32即可；
例如，大写字母A的码值为65，转换为小写字母a的码值为97（65+32）；

图源：java数据类型转换_java里面long转换对应的ascii码-CSDN博客

⌨️算法代码

class Solution {
public:
    string toLowerCase(string s) {
        for (char& ch: s) {
            if (ch >= 65 && ch <= 90) {    // 如果字符为大写，即ASCII码介于65-90
                ch |= 32;                  // 对 ch 的 ASCII码与 32 做按位或运算，替代与 32的加法运算。
            }
        }
        return s;
    }
};

作者：力扣官方题解
来源：https://leetcode.cn/problems/to-lower-case/solutions/1151839/zhuan-huan-cheng-xiao-xie-zi-mu-by-leetc-5e29/

⌨️算法解释

第6行完全可以使用 ch = ch + 32；而官方采用了按位或运算ch |= 32，这么修改的条件如下：

正好[65,90] 对应的二进制表示为 [(01000001)2,(01011010)2]，观察从高到低第3位恒为0；
32对应的二进制为(00100000)2，观察从高到低第3位恒为1；
0和1相与为1，刚好就是相加的结果，对于这道题，可以用按位或代替相加的功能；
不晓得是不是业内主流做法，因为按位与比相加快很多；相反，如果不能保证被加数与加数的相应位数刚好错开，就不能这么玩了。