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C++算法

算法题精讲:双指针法解决移动零与复写零

双指针技巧是解决数组原地修改问题的核心方法。针对移动零问题,借鉴快排分区思想,用两个指针分别标记非零序列末尾与当前扫描位置,一次遍历即可完成重排。复写零问题需考虑空间限制,采用两次遍历策略:先统计有效写入位置,再从后向前填充,防止数据被覆盖。掌握这两种场景下的指针状态变化,能有效应对同类算法挑战。

CryptoLab发布于 2026/3/15更新于 2026/10/2587 浏览
算法题精讲:双指针法解决移动零与复写零

双指针示意图

双指针是算法面试中的高频考点,主要分为对撞指针和快慢指针两种形式。掌握这两种模式,能高效处理数组划分、链表环检测等经典问题。

双指针算法介绍

对撞指针

一般用于顺序结构,也称左右指针。两个指针分别从两端向中间移动,一个从最左端开始,另一个从最右端开始,逐渐逼近。终止条件通常是两个指针相遇或错开(left == right 或 left > right)。

快慢指针

又称龟兔赛跑算法,基本思想是使用两个移动速度不同的指针在序列结构上移动。这种方法对于处理环形链表或数组非常有用。如果问题出现循环往复的情况,均可考虑使用快慢指针的思想。 最常用的实现方式是在一次循环中,让慢指针每次向后移动一位,而快指针每次往后移动两位。

移动零

题目链接: 283. 移动零 - LeetCode

题目描述: 给定一个数组 nums,编写一个函数将所有 0 移动到数组的末尾,同时保持非零元素的相对顺序。必须在不复制数组的情况下原地修改数组。

题目示例: 示例图 输入:[0,1,0,3,12] 输出:[1,3,12,0,0]

解法思路: 核心思路借鉴了快速排序的分区思想。利用【数组分块】技巧,将数组内容分成左右两部分。我们用一个 cur 指针扫描整个数组,另一个 dest 指针用来记录非零序列的最后一个位置。根据 cur 扫描过程中遇到的不同情况分类处理,实现数组的划分。

在 cur 遍历期间,保证【0,dest】区间的元素全部都是非零元素,【dest+1,cur-1】区间的元素全是零,而 cur 后面的元素则是未处理的。

算法流程:

  1. 初始化 cur = 0(用来遍历数组),dest = -1(指向非零元素序列的最后一个位置。初始化为 -1 是因为刚开始还没有非零元素)。
  2. cur 依次往后遍历每个元素:
    • 如果遇到的元素是 0,cur 直接 ++,不需要对 dest 进行操作。这样能保证【dest+1,cur-1】这个区间内依然全为 0;
    • 如果遇到的元素不是 0,dest++,并且交换 cur 位置和 dest 位置的元素,之后让 cur++,扫描下一个元素。

因为 dest 指向的位置是非零元素区间的最后一个位置,如果扫描到一个新的非零元素,那么这个非零元素的位置应该在 dest+1 的位置上。因此 dest 先自增 1,之后指向的元素就是 0 元素(因为非零元素区间末尾的后一个元素下标为 dest+1 就是 0),将其交换到 cur 所处的位置上,即可实现目标。

C++ 代码演示:

class Solution {
public:
    void moveZeroes(vector<>& nums) {
         dest = ;
         cur = ;
        (cur != nums.()) {
            
            (nums[cur]) {
                (nums[++dest], nums[cur]);
            }
            cur++;
        }
    }
};
int
int
-1
int
0
while
size
// 优化逻辑:如果当前元素非零,则交换并移动 dest
if
swap

算法总结: 这里用到的方法正是数据结构中快排算法单趟的核心步骤——数据划分。理解这一点有助于举一反三,处理更多类似的分区问题。 快排分区示意

复写零

题目链接: 1089. 复写零 - LeetCode

题目描述: 给定一个固定长度的整数数组 arr,将数组中出现的每个零都复写一遍,并将其余元素向右平移。注意:不能在超出该数组长度的地方写入元素,且必须在原数组上进行操作。

题目示例: 示例图 输入:[1,0,2,3,0,4,5,0] 输出:[1,0,0,2,3,0,0,4]

解法思路: 如果从前往后进行原地复写操作,由于 0 的出现会复写两次,导致后续没有复写的数被覆盖掉。因此我们选择从后往前的复写策略。 但是从后往前复写的时候,我们需要找到最后一个复写的数在哪里。大体流程分为两步:先找到最后一个复写的数,然后从后往前进行复写操作。

算法流程:

  1. 初始化两个指针 cur = 0,dest = -1。
  2. 找到最后一个复写的数:
    • 判断 cur 位置的元素:如果是 0,dest 往后移动两位;否则,dest 往后移动一位。
    • 判断 dest 是否已经到达结束位置,如果结束就终止循环。
    • 如果没有结束,cur++,继续判断。
  3. 判断 dest 是否越界到 n 的位置:
    • 如果越界,执行下面三步:n-1 位置的值修改成 0;cur 向前移动一步(cur--);dest 向前移动两步(dest -= 2)。
    • 之所以会越界,是因为如果最后一个复写的数为 0,可能出现复写的位置在下标 n-1 和 n,但下标为 n 就是越界。实际上并没有复写两遍 0,而只是数组最后一个位置复写为 0。所以如果越界操作就是数组最后位置手动置为 0 后让 dest 回到倒数第二个位置,cur-- 就是让最后一个复写的数变成前一个。
  4. 从 cur 位置开始往前遍历原数组,依次还原出复写后的结果数组:
    • 判断 cur 位置的值:如果是 0,dest 以及 dest-1 位置修改成 0,dest-=2;如果非零,dest 位置修改成 0,dest -= 1。
    • cur--,复写下一个位置。

C++ 代码演示:

class Solution {
public:
    void duplicateZeros(vector<int>& arr) {
        // 1. 先找到最后一个复写的数
        int dest = -1;
        int cur = 0;
        while(1) {
            dest++;
            if(arr[cur] == 0) {
                dest++;
            }
            if(dest >= arr.size() - 1) {
                break;
            }
            cur++;
        }

        // 2. 处理越界情况
        if(dest == arr.size()) {
            arr[arr.size() - 1] = 0;
            dest -= 2;
            cur--;
        }

        // 3. 从后向前完成复写操作
        while(cur >= 0) {
            if(arr[cur] == 0) {
                arr[dest--] = arr[cur];
            }
            arr[dest--] = arr[cur--];
        }
    }
};

算法总结及流程解析: 通过两次遍历,第一次确定有效长度,第二次反向填充,既保证了空间复杂度 O(1),又避免了数据覆盖的问题。 流程解析图 流程解析图 流程解析图

目录

  1. 双指针算法介绍
  2. 对撞指针
  3. 快慢指针
  4. 移动零
  5. 复写零

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