字符串原地操作：整体反转与局部反转

字符串专题里有一类反复出现的模式：不给额外空间，在 char[] 上完成反转、旋转、重组。本文先把最基础的双指针反转写成模板，再讲它的两个高阶组合用法——用反转做旋转，以及翻转字符串里的单词。

反转字符串（344）：一切的起点

两个指针一头一尾，交换后向中间走：

class Solution {
    public void reverseString(char[] s) {
        int left = 0, right = s.length - 1;
        while (left < right) {
            char tmp = s[left];
            s[left++] = s[right];
            s[right--] = tmp;
        }
    }
}

时间复杂度 O(n)：n/2 次交换。
空间复杂度 O(1)：直接在数组上原地交换。

这个写法建议立刻抽象成辅助函数，后面反复复用：

// 反转 arr[left..right] 闭区间
private void reverse(char[] arr, int left, int right) {
    while (left < right) {
        char tmp = arr[left];
        arr[left++] = arr[right];
        arr[right--] = tmp;
    }
}

组合技巧一：两次反转实现旋转

目标示例：k = 2，"abcdefg" → "cdefgab"，即把前 k 个字符整体挪到末尾（等价说法是把后 n-k 个字符转到前面，只是 k 的语义方向不同，本质是同一个问题）。

直接环形搬移字符容易出错，换成"反转"的视角：

原串（n=7, k=2）：   a b c d e f g
① 整体反转      →   g f e d c b a
② 反转前 n-k 个  →   c d e f g b a    即 "cdefgab" ✓

为什么成立？整体反转把"前 k 个"送到了末尾、"后 n-k 个"送到了开头，但两段内部顺序各是倒的；再把前 n-k 个反转回来，全部字符就位。

public String rotate(String s, int k) {
    char[] arr = s.toCharArray();
    int n = arr.length;
    k %= n;                         // k 可能大于 n
    reverse(arr, 0, n - 1);         // ① 整体反转
    reverse(arr, 0, n - k - 1);     // ② 反转前 n-k 个
    return new String(arr);
}

顺带一提：卡码网 55「右旋字符串」的定义是"末尾 k 个字符移到前面"，用同样的两步反转框架也能解决——整体反转后，反转前 k 个、再反转后 n-k 个即可；或者把本例的 k 换成 n-k。遇到旋转题，先想想能不能拆成"局部反转 + 整体反转"。

组合技巧二：翻转字符串里的单词（151）

题目：把 " the sky is blue " 变成 "blue is sky the"，要求去掉首尾和中间多余空格，空间 O(1)。

用 split + 拼接当然能过，但那就浪费了这道题。原地解法是三步组合：

第一步：快慢指针去多余空格

fast 负责扫描，slow 指向"下一个可写位置"。单词之间手动补一个空格，首尾空格自然被丢弃：

fast 扫：  [空][空] t h e [空][空][空] s k y
slow 写：  t h e [空] s k y

第二步：整体反转

"the sky" → "yks eht"。单词之间的顺序对了，但每个单词内部是倒的。

第三步：逐词反转

把每个单词各自反转回来："yks eht" → "sky the"。

class Solution {
    public String reverseWords(String s) {
        char[] arr = s.toCharArray();
        int n = arr.length;
 
        // 1. 快慢指针原地去除多余空格
        int slow = 0;
        for (int fast = 0; fast < n; fast++) {
            if (arr[fast] != ' ') {               // 遇到单词开头
                if (slow != 0) arr[slow++] = ' '; // 非首个单词，先补一个空格
                while (fast < n && arr[fast] != ' ') {
                    arr[slow++] = arr[fast++];    // 复制整个单词
                }
            }
        }
 
        // 2. 整体反转
        reverse(arr, 0, slow - 1);
 
        // 3. 逐个单词反转回来
        int start = 0;
        for (int i = 0; i <= slow; i++) {
            if (i == slow || arr[i] == ' ') {     // 单词边界（含末尾）
                reverse(arr, start, i - 1);
                start = i + 1;
            }
        }
        return new String(arr, 0, slow);
    }
 
    private void reverse(char[] arr, int left, int right) {
        while (left < right) {
            char tmp = arr[left];
            arr[left++] = arr[right];
            arr[right--] = tmp;
        }
    }
}

三步全是线性扫描，总时间 O(n)、额外空间 O(1)。

Java 里 char[] 原地操作的三条习惯

先转 char[] 再动手：s.toCharArray() 返回的是副本，随便改，不影响原串。
区间约定全文统一：统一用闭区间 [left, right]，边界推导不容易乱。
记录有效长度：原地压缩后（如去空格），用 slow 表示新长度，最后 new String(arr, 0, slow) 截取，不要依赖 arr.length。

复杂度与易错点

操作	时间	空间
双指针反转	O(n)	O(1)
两次反转旋转	O(n)	O(1)
151 三步组合	O(n)	O(1)

易错点清单：

旋转前忘记 k %= n，k 大于串长时下标直接越界。
151 去空格时补空格的时机：应在复制单词之前判断 slow != 0，写在复制之后就晚了。
逐词反转的循环要跑到 i == slow，否则最后一个单词不会被反转。
原地题里混用 String 拼接，空间和时间的 O(1)/O(n) 全部作废。

题目清单

题号	题名	一句话考点
344	反转字符串	双指针原地反转模板
541	反转字符串 II	每 2k 个字符处理前 k 个，分组边界
151	翻转字符串里的单词	去空格 + 整体反转 + 逐词反转
卡码网 55	右旋字符串	局部反转与整体反转的组合运用

参考

代码随想录 · 字符串专题