一、前言
字符串是编程中最常用的数据类型之一，而反转、子串截取、字符计数、回文判断是字符串的核心基础操作，也是面试高频考点。本文将用 3 小时精准拆解这些知识点，结合 3 道 LeetCode 经典题目（Easy+Easy+Medium），从理论到实战帮你彻底掌握，适合入门进阶和面试复盘。
二、0-30 分钟：字符串核心知识点精讲
2.1 字符串本质与存储特性
- 字符串是字符的有序序列，底层在 Java 中以char[]数组实现（不可变特性：String 类被 final 修饰，修改时会创建新对象）；
- 关键特性：有序性（支持索引访问）、不可变性（需注意性能开销）、可比较性（equals ()/compareTo ()）。
2.2 三大基础操作
2.2.1 字符串反转
- 核心思路：
- 双指针法（原地修改，适合字符数组）：左右指针分别从首尾向中间移动，交换元素；
- 辅助容器法（适合不可变字符串）：遍历原字符串，从后向前存入新字符串 / StringBuilder。
- 时间复杂度：O (n)（需遍历所有字符），空间复杂度：O (1)（双指针原地）/ O (n)（辅助容器）。
2.2.2 子串截取
- Java 关键 API：String substring(int beginIndex)（从 beginIndex 截取到末尾）、String substring(int beginIndex, int endIndex)（左闭右开，[begin, end)）；
- 注意事项：索引越界会抛出StringIndexOutOfBoundsException，endIndex 超出字符串长度时默认截取到末尾。
2.2.3 字符计数
- 核心思路：
- 数组统计（适合 ASCII 字符）：用大小为 256 的 int 数组记录每个字符的出现次数；
- 哈希表统计（适合 Unicode 字符）：用HashMap<Character, Integer>存储字符与计数的映射；
- 字符串 API 辅助：String.chars()流式统计（Java 8+）。
2.3 回文判断核心逻辑
- 回文定义：正读和反读完全相同的字符串（如 "abcba"、"A man, a plan, a canal: Panama"）；
- 核心判断思路：
- 预处理：过滤非字母数字字符（保留 a-z、A-Z、0-9），统一大小写（避免大小写干扰）；
- 验证：双指针从首尾向中间对比，所有字符一致则为回文。
- 延伸：回文子串 / 子序列问题（需关注 “连续” 与 “非连续” 的区别）。
三、30-110 分钟：刷题实战（3 道经典题）
3.1 Easy：LeetCode344 反转字符串
题目描述
编写一个函数，其作用是将输入的字符串反转过来。输入字符串以字符数组 s 的形式给出。不要给另外的数组分配额外的空间，你必须原地修改输入数组、使用 O (1) 的额外空间解决这一问题。
解题思路
- 核心：利用字符串的有序性，双指针原地交换；
- 步骤：
- 定义左指针 left = 0，右指针 right = s.length – 1；
- 循环条件：left < right；
- 交换 s[left] 和 s[right]，然后 left++、right–，直到指针相遇。
Java 代码（高亮版）
java
运行
class Solution {
public void reverseString(char[] s) {
// 双指针初始化
int left = 0;
int right = s.length – 1;
// 循环交换，直到指针相遇
while (left < right) {
// 临时变量保存左指针字符
char temp = s[left];
s[left] = s[right];
s[right] = temp;
// 指针移动
left++;
right–;
}
}
}
复杂度分析
- 时间复杂度：O (n)，n 为字符数组长度，需遍历一半字符（O (n/2) = O (n)）；
- 空间复杂度：O (1)，仅使用常数级额外空间（临时变量 temp），满足原地修改要求。
注意事项
- 边界处理：当数组为空（length=0）或长度为 1 时，无需交换，直接返回；
- 无需额外数组：题目禁止分配新数组，双指针是最优解法；
- 字符数组特性：Java 中 char [] 是可变的，可直接通过索引修改元素。
3.2 Easy：LeetCode125 验证回文串
题目描述
如果在将所有大写字符转换为小写字符、并移除所有非字母数字字符之后，短语正着读和反着读都一样，则可以认为该短语是一个回文串。字母和数字都属于字母数字字符。给你一个字符串 s，请你验证它是否是回文串。
解题思路
- 核心：先预处理字符串（过滤 + 大小写转换），再用双指针验证回文；
- 步骤：
- 预处理：遍历字符串，保留字母数字字符，统一转为小写；
- 双指针验证：左指针从 0 开始，右指针从预处理后字符串末尾开始，逐一对比字符是否一致；
- 若所有对比都一致则为回文，否则不是。
Java 代码（高亮版）
java
运行
class Solution {
public boolean isPalindrome(String s) {
// 步骤1：预处理字符串（过滤非字母数字 + 转小写）
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (char c : s.toCharArray()) {
//toCharArray() 是 Java 中 String 类的内置方法,核心作用是：将当前字符串对
象，转换为一个对应的 char 类型数组
// 判断是否为字母或数字
if (Character.isLetterOrDigit(c)) {
// 转为小写并加入StringBuilder
sb.append(Character.toLowerCase(c));
}
}
// 预处理后的字符串
String processed = sb.toString();
//将可变的 StringBuilder 对象中存储的字符序列，转换为一个标准的、
不可变的 String 字符串对象
// 步骤2：双指针验证回文
int left = 0;
int right = processed.length() – 1;
while (left < right) {
// 对比左右指针字符
if (processed.charAt(left) != processed.charAt(right)) {
return false;
}
left++;
right–;
}
return true;
}
}
优化版代码（无额外 StringBuilder，双指针直接处理原字符串）
java
运行
class Solution {
public boolean isPalindrome(String s) {
int left = 0;
int right = s.length() – 1;
while (left < right) {
// 左指针跳过非字母数字字符
while (left < right && !Character.isLetterOrDigit(s.charAt(left))) {
left++;
}
// 右指针跳过非字母数字字符
while (left < right && !Character.isLetterOrDigit(s.charAt(right))) {
right–;
}
// 对比（转小写后）
if (Character.toLowerCase(s.charAt(left)) != Character.toLowerCase(s.charAt(right))) {
return false;
}
left++;
right–;
}
return true;
}
}
复杂度分析
- 原始版：时间复杂度 O (n)（遍历 2 次字符串：预处理 + 验证），空间复杂度 O (n)（StringBuilder 存储预处理结果）；
- 优化版：时间复杂度 O (n)（仅遍历 1 次字符串），空间复杂度 O (1)（无额外容器），更优。
注意事项
- 非字母数字字符：包括空格、标点、符号等，需完全过滤；
- 大小写无关：如 "A" 和 "a" 视为相同，必须统一转换；
- 空字符串 / 全非字母数字：预处理后为空，视为回文（返回 true）。
3.3 Medium：LeetCode5 最长回文子串
题目描述
给你一个字符串 s，找到 s 中最长的回文子串。如果字符串的长度为 1，则返回该字符串。
解题思路
- 核心：回文子串的对称性 → 中心扩展法（入门必学，时间复杂度 O (n²)，空间复杂度 O (1)，适合入门）；
- 关键观察：
- 奇数长度回文：中心是 1 个字符（如 "abcba" 的中心是 "c"）；
- 偶数长度回文：中心是 2 个字符（如 "abba" 的中心是 "bb"）；
- 步骤：
- 遍历字符串每个字符（作为奇数中心）和每两个相邻字符（作为偶数中心）；
- 对每个中心，向左右扩展，记录最大回文子串的起始和结束索引；
- 遍历结束后，截取最长回文子串返回。
Java 代码（高亮版）
java
运行
class Solution {
// 记录最长回文子串的起始索引和长度（避免每次截取字符串，提升效率）
private int start = 0;
private int maxLen = 1;
public String longestPalindrome(String s) {
int n = s.length();
// 边界条件：字符串长度<=1，直接返回
if (n <= 1) {
return s;
}
// 遍历每个可能的中心，扩展回文
for (int i = 0; i < n; i++) {
expandAroundCenter(s, i, i); // 奇数长度回文（中心1个字符）
expandAroundCenter(s, i, i+1); // 偶数长度回文（中心2个字符）
}
// 截取最长回文子串（start到start+maxLen）
return s.substring(start, start + maxLen);
}
// 中心扩展核心方法：left和right为初始中心
private void expandAroundCenter(String s, int left, int right) {
int n = s.length();
// 向左右扩展，直到字符不相等或越界
while (left >= 0 && right < n && s.charAt(left) == s.charAt(right)) {
left–;
right++;
}
// 计算当前回文子串的长度（right – left – 1，因为退出循环时left和right已越界/不相等）
int currentLen = right – left – 1;
// 更新最长回文子串的起始索引和长度
if (currentLen > maxLen) {
maxLen = currentLen;
// 起始索引：left+1（因为退出循环时left多减了1）
start = left + 1;
}
}
}
复杂度分析
- 时间复杂度：O (n²)，n 为字符串长度。遍历每个中心（O (n) 个中心），每个中心最多扩展 O (n) 次，总次数 O (n²)；
- 空间复杂度：O (1)，仅使用常数级额外变量（start、maxLen、left、right），无额外容器。
注意事项
- 中心扩展的边界：left >= 0（左边界）、right < n（右边界），避免索引越界；
- 回文长度计算：退出循环时，left 和 right 已超出有效回文范围，实际长度为 right – left – 1；
- 起始索引更新：start = left + 1（因为 left 多减了 1），避免截取时出错；
- 其他解法：Manacher 算法（时间复杂度 O (n)，进阶用），但中心扩展法更易理解和实现，适合面试入门。
-
class Solution {
public String longestPalindrome(String s) {
if (s == null || s.length() == 0) return "";// 1. 预处理字符串，统一成奇数长度
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("^");
for (char c : s.toCharArray()) {
sb.append("#").append(c);
}
sb.append("#").append("$");
String T = sb.toString();int n = T.length();
int[] p = new int[n]; // 回文半径数组
int C = 0, R = 0; // 中心、最右边界// 记录最长回文的中心和半径
int maxCenter = 0, maxRadius = 0;// 2. 遍历处理
for (int i = 1; i < n – 1; i++) {
// 利用对称性初始化 p[i]
int mirror = 2 * C – i;
if (i < R) {
p[i] = Math.min(R – i, p[mirror]);
}// 3. 往外扩展
while (T.charAt(i + p[i] + 1) == T.charAt(i – p[i] – 1)) {
p[i]++;
}// 4. 若超过 R，更新 C 和 R
if (i + p[i] > R) {
C = i;
R = i + p[i];
}// 记录最大值
if (p[i] > maxRadius) {
maxRadius = p[i];
maxCenter = i;
}
}// 5. 还原回原字符串
int start = (maxCenter – maxRadius) / 2;
return s.substring(start, start + maxRadius);
}
}
四、总结与复盘
4.1 核心知识点回顾
4.2 解题技巧提炼
- 双指针：字符串反转、回文验证的万能工具，优先考虑（空间效率高）；
- 中心扩展：解决回文子串问题的入门最优解，需兼顾奇偶中心；
- 预处理：回文问题必做步骤，避免非目标字符干扰。
