【算法笔记】如何优雅的进行字符串操作

最近的CCCC天梯赛又出了非常恶心的字符串题~
在编程竞赛（特别是CCCC天梯赛）中，字符串操作类题目往往看似简单却暗藏陷阱。本文将以Python、Java、C++ 三剑客为例，总结高频字符串操作的优雅实现方案，助你快速攻克字符串类难题。

一、子串替换：精准狙击第一个目标

需求描述
将字符串中第一个出现的子串A替换为子串B，若A不存在则保持原字符串。

Python

def replace_first_substring(s, A, B):
    return s.replace(A, B, 1)  # 第三个参数控制替换次数

# 示例：将首个"apple"换为"orange"
print(replace_first_substring("apple banana apple", "apple", "orange"))  # orange banana apple

Java
方案一：正则安全版（避免特殊字符干扰）

import java.util.regex.*;

public class StringUtils {
    public static String replaceFirstSubstring(String str, String A, String B) {
        return str.replaceFirst(Pattern.quote(A), Matcher.quoteReplacement(B));
    }
}

// 示例：替换首个包含正则符号的字符串
System.out.println(replaceFirstSubstring("a+b*c", "+b*", "-"));  // a-c

方案二：高效直操作版

public static String replaceFirstSubstring(String str, String A, String B) {
    int index = str.indexOf(A);
    return index != -1 ? str.substring(0, index) + B + str.substring(index + A.length()) : str;
}

C++

#include <string>
using namespace std;

string replace_first_substring(string str, const string& A, const string& B) {
    size_t pos = str.find(A);
    if (pos != string::npos) {
        str.replace(pos, A.length(), B);
    }
    return str;
}

// 示例：替换首个"cpp"
cout << replace_first_substring("cpp python cpp", "cpp", "C++");  // C++ python cpp

二、删除操作：定点清除与精确爆破

场景一：删除首个指定子串
Python

def delete_first_substring(s, A):
    return s.replace(A, "", 1)  # 第三个参数控制删除次数

print(delete_first_substring("test_test", "test"))  # _test

Java

public static String deleteFirstSubstring(String str, String A) {
    int index = str.indexOf(A);
    return index != -1 ? str.substring(0, index) + str.substring(index + A.length()) : str;
}

// 示例：删除首个"bug"
System.out.println(deleteFirstSubstring("bug1 bug2", "bug"));  // 1 bug2

C++

string delete_first_substring(string str, const string& A) {
    size_t pos = str.find(A);
    if (pos != string::npos) {
        str.erase(pos, A.length());
    }
    return str;
}

场景二：删除指定索引字符
Python

s = "012345"
s = s[:3] + s[4:]  # 删除索引3的字符
print(s)  # 01245

Java

String str = "ABCDEF";
String newStr = str.substring(0, 2) + str.substring(3);  // 删除索引2
System.out.println(newStr);  // ABDEF

C++

string str = "Hello!";
str.erase(5, 1);  // 删除索引5的字符（!）
cout << str;  // Hello

三、切片操作

截取区间 [start, end) 的子串
Python

s = "abcdef"
print(s[2:5])  # cde （索引2到4）

Java

String str = "ABCDEF";
String sub = str.substring(1, 4);  // 索引1到3
System.out.println(sub);  // BCD

C++

string str = "123456";
string sub = str.substr(2, 3);  // 从索引2开始取3个字符
cout << sub;  // 345

四、字符串翻转：镜像世界的魔法

Python

s = "hello"
reversed_str = s[::-1]  # 切片步长-1实现反转
print(reversed_str)  # olleh

Java

String str = "reverse";
String reversed = new StringBuilder(str).reverse().toString();
System.out.println(reversed);  // esrever

C++

string str = "CPP";
reverse(str.begin(), str.end());  # 原地反转
cout << str;  // PPC

关键点总结

避坑指南

1. Java的substring索引陷阱
   str.substring(a, b) 的结束索引是独占的（即包含a不包含b），与Python切片行为一致

2. C++的substr参数特殊性
   第二个参数表示截取长度而非结束位置，需特别注意 str.substr(2, 3) 表示从索引2开始取3个字符

3. 正则敏感字符处理
   当替换内容包含 $、\ 等特殊符号时，Java必须使用 Matcher.quoteReplacement