剑指offer——替换空格

1. 题目描述与背景

1.1 题目描述

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. ”。

1.2 背景

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ASCI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ASC1码为35，即十六进制的0x23，它在URL中被替换为” %23 "。

2. 一般思路（时间复杂度为O(n²)）

看到这个题目，我们首先应该想到的是原来一个空格字符，替换之后变成%、2和0这3个字符，因此字符串会变长。
如果是在原来的字符串上做替换，那么就有可能覆盖修改在该字符串后面的内存。
如果是创建新的字符串并在新的字符串上做替换，那么我们可以自已分配足够多的内存。
由于有两种不同的解决方案，我们应该向面试官问情楚，让他明确告诉我们他的需求。
假设面试官让我们在原来的字符串上做替换，并且保证输入的字符串后面有足够多的空余内存。
现在我们考虑怎么做替换操作。
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。
举个例子，我们从头到尾把"We are happy.“中的每一个空格替换成”%20"。为了形象起见，我们可以用一个表格来表示字符串，表格中的每个格子表示一个字符（如图2.3(a)所示）。

在这里插入图片描述

注：(a)字符串"We are happy，"，(b)把字符串中的第一个空格替换成%20。灰色背景表示需要移动的字符。( c )把字特串中的第二个空格替换成%20。浅灰色背景表示需要移动一次的字特，深灰色背景表示需要移动两次的字符。
我们替换第一个空格，这个字符串变成图2.3(b)中的内容。
表格中灰色背的格子表示需要做移动的区域。
接着我们替换第二个空格，替换之后的内容如图2.3©所示。
同时，我们注意到用深灰色背景标注的happy”部分被移动了两次。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)。
当我们把这种思，路阐述给面试官后，他不会就此满意，他将让我们寻找更快的方法。在前面的分析中，我们发现数组中很多字符都移动了很多次，能不能减少移动的次数呢？
答案是肯定的。我们换一种思路，把从前往后替换成从后往前

3. 分析

我们可以先遍历一次字符串，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。
每替换一个空格，长度增加2，因此替换以后字符串的长度等于原来的长度加上2乘以空格数目。
我们还是以前面的字符串"We are happy."为例，"We are happy."这个字符串的长度是l4(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。
我们从字符串的后面开始复制和替换。
首先准备两个指针，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（如图2.4(a)所示)。
接下来我们向前移动指针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。
此时字符串包含如图2.4(b)所示，灰色背景的区域是做了字符拷贝（移动）的区域。
碰到第一个空格之后，把P1向前移动1格，在P2之前插入字符串"%20"。由于"%20"的长度为3，同时也要把P2向前移动3格如图2.4( c )所示。
我们接着向前复制，直到碰到第二个空格（如图2.4(）所示)。和上一次一样，我们再把P1向前移动1格，并把P2向前移动3格插入"%20"（如图2.4()所示)。
此时P1和P2指向同一位置，表明所有空格都已经替换完毕。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。

在这里插入图片描述

注：图中带有阴影的区域表示被移动的字符。(a)把第一个指针指向字符串的末尾，把第二个指针指向替换之后的字符串的末尾。(b)依次复制字符串的内容，直至第一个指针碰到第一个空格。©把第一个空格替换成%20，把第一个指针向前移动1格，把第一个指针向前移动3格。(d)依次向前复制字符串中的字符，直至碰到空格。（e）替换字符串中的倒数第二个空格，把第一个指针向前移动1格，把第一个指针向前移动3格。

4. 完整代码

在面试的过程中，我们也可以和前面的分析一样画一两个示意图解释自己的思路，这样既能帮助我们理清思路，也能使我们和面试官的交流变得更加高效。在面试官肯定我们的思路之后，就可以开始写代码了。下面是参考代码：

4.1 标准答案

char*  ReplaceBlank(char str[], int len)
{
	if (str == NULL && len <= 0)
	{
		return;
	}

	int olen = 0;//最初数组的长度
	int num = 0;//空格的个数
	int i = 0;

	while (str[i] != '\0')
	{
		olen++;
		if (str[i] == ' ')
		{
			num++;
		}
		i++;
	}//计算空格个数

	int nlen = olen + num * 2;//替换后数组的长度

	if (nlen > len)
	{
		return;
	}//数组空间不足以存储替换后的结果

	int p1 = olen;
	int p2 = nlen;

	while (p1 >= 0 && p2 > p1)
	{
		if (str[p1] == ' ')
		{
			str[p2--] = '0';
			str[p2--] = '2';
			str[p2--] = '%';
		}//替换空格
		else
		{
			str[p2--] = str[p1];
		}
		p1--;
	}

	return str;
}

上面是函数的代码
下面的加上了主函数的代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
//函数
int main()
{
	char str[100] = "We are happy.";
	int len = 100;
	printf("%s", ReplaceBlank(str, len));
	return 0;
}