1. 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，则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ASCI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"。

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进行替换，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进行替换，那么我们可以自己分配足够多的内存。由于有两种不同的解决方案，我们应该向面试官问清楚，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进行替换，并且保证输入的字符串后面有足够多的空余内存。

时间复杂度为O(n²)的解法，不足以拿到Offer

现在我们考虑怎么执行替换操作。最直观的做法是从头到尾扫描字符串，每次碰到空格字符的时候进行替换。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2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。

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)把字符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符，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，表格中灰色背景的格子表示需要进行移动的区域。接着我们替换第二个空格，替换之后的内容如图2.3（c）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，因此对于含有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，能不能减少移动次数呢？答案是肯定的。我们换一种思路，把从前向后替换改成从后向前替换。

时间复杂度为O(n)的解法，搞定Offer就靠它了

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。

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。此时字符串如图2.4(b)所示，灰色背景的区域是进行了字符复制（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(d)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（e）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。

从上面的分析中我们可以看出，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。

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。(c)把第一个空格替换成"%20”，把第一个指针向前移动1格，把第二个指针向前移动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，把第二个指针向前移动3格。

在面试过程中，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，这样既能帮助我们厘清思路，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：

/*length 为字符数组str的总容量，大于或等于字符串str的实际长度*/
void ReplaceBlank(char str[], int length)
{
    if(str == nullptr && length <= 0)
        return;

    /*originalLength 为字符串str的实际长度*/
    int originalLength = 0;
    int numberOfBlank = 0;
    int i = 0;
    while(str[i] != '\0')
    {
        ++ originalLength;

        if(str[i] == ' ')
            ++ numberOfBlank;

        ++ i;
    }

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

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

        -- indexOfOriginal;
    }
}

剑指 Offer P51，本题完整的源代码：https://github.com/zhedahht/CodingInterviewChinese2/tree/master/05_ReplaceSpaces