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博客主页： [小ᶻ☡꙳ᵃⁱᵍᶜ꙳] 本文专栏: C++

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💯前言

• 字符处理是C++编程中的重要基础能力，尤其是在解题过程中，熟练掌握字符数组、条件判断、循环、以及标准库函数的使用，不仅可以提高代码的简洁性，还能优化运行效率。本次讨论围绕一道简单但颇具代表性的编程题展开，旨在将输入字符串中所有小写字母转为大写字母，并结合多种实现方式进行详细分析，包括代码思路、优缺点对比、扩展优化，最终带领读者全面掌握相关知识点。
  C++ 参考手册
  

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💯题目描述

P5733 【深基6.例1】自动修正

题目编号：P5733 [深基6.例1] 自动修正

题目要求如下：

题目描述：

大家都知道一些办公软件有自动将字母转换为大写的功能。输入一个长度不超过100且不包括空格的字符串，要求将该字符串中的所有小写字母变成大写字母并输出。

输入格式：

输入一行，一个字符串。

输出格式：

输出一个字符串，即将原字符串中的所有小写字母转化为大写字母。

输入输出样例：

输入：Luogu4!

输出：LUOGU4!

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💯解题思路概述

这道题的核心在于：

1. 遍历字符串中的每个字符。
2. 判断字符是否为小写字母。
3. 如果是小写字母，将其转换为对应的大写字母。
4. 输出处理后的字符串。

根据题目要求，输入字符串只含字母、数字及标点符号，并且不包含空格，长度不超过100。这样的限制使得问题更为简单，减少了复杂边界条件的处理。

以下分别从代码实现与优化的角度，对几种不同的实现方案展开详细分析。

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💯第一种实现方式：直接使用字符ASCII值计算

代码实现

以下是用户提供的解决方案：

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;char arr[105];int main()
{cin >> arr; // 输入字符串int len = strlen(arr); // 获取字符串长度for(int i = 0; i < len; i++) // 遍历字符串{if(arr[i] > 96 && arr[i] < 123) // 如果是小写字母{cout << char(arr[i] - 32); // 转换为大写字母并输出}else{cout << arr[i]; // 输出原字符}}return 0;
}

代码分析

1. 核心逻辑：

   • 判断一个字符是否是小写字母：
     • ASCII 值范围 'a' (97) 到 'z' (122)。
     • 条件 arr[i] > 96 && arr[i] < 123 用于确认当前字符是否为小写字母。
   • 将小写字母转换为大写字母：
     • 大写字母与对应小写字母的 ASCII 值相差 32。
     • 用表达式 arr[i] - 32 实现从小写到大写的转换。
   • 非小写字母直接原样输出。

2. 优点：

   • 代码简单直观，容易理解。
   • 不需要额外引入库，直接使用 ASCII 值处理。

3. 缺点：

   • 操作依赖于 ASCII 编码，不够通用。
   • 无法直接修改原字符数组，而是通过 cout 逐字符输出，若需修改原字符串则需额外操作。

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💯第二种实现方式：直接修改字符数组

代码实现

以下是老师提供的第一种代码实现：

#include <iostream>
using namespace std;const int N = 110;
char s[N];int main()
{cin >> s; // 输入字符串for(int i = 0; s[i] != '\0'; i++) // 遍历字符串，直到结束符{if(s[i] >= 'a' && s[i] <= 'z') // 如果是小写字母{s[i] -= 32; // 转换为大写字母}}cout << s << endl; // 输出最终处理后的字符串return 0;
}

代码分析

1. 核心逻辑：

   • 在字符数组 s 上直接操作，通过 s[i] -= 32 修改原字符。
   • 循环条件 s[i] != '\0' 确保遍历至字符串结束符。

2. 优点：

   • 直接修改原字符数组，内存使用高效。
   • 输出时无需逐字符处理，代码更简洁。

3. 缺点：

   • 同样依赖于 ASCII 编码，缺乏通用性。
   • 处理 Unicode 或其他编码格式的字符集可能出现问题。

特殊问题解答：为什么需要显式转换？

在用户代码中，

cout << char(arr[i] - 32);

需要显式加上 char，否则会输出数字而不是字符。而在老师代码中，

s[i] -= 32;

不需要显式转换，直接可以输出字符。原因如下：

1. 用户代码：

   • 表达式 arr[i] - 32 的计算结果是 int 类型（因为 C++ 中字符在参与算术运算时会隐式转换为整数）。
   • 如果直接 cout << arr[i] - 32;，输出的是整数值（对应字符的大写字母的 ASCII 值）。
   • 显式加 char 是为了告诉 cout 按字符输出。

2. 老师代码：

   • s[i] -= 32; 是直接修改字符数组的内容。
   • 修改后 s[i] 的类型仍然是 char，所以输出时自动按字符处理，无需显式转换。

总结：用户代码在临时表达式的结果上操作，而老师代码直接操作数组变量。

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💯第三种实现方式：使用标准库函数 islower 和 toupper

代码实现

以下是老师提供的第二种优化方案：

#include <iostream>
#include <cctype> // 包含 islower 和 toupper
using namespace std;const int N = 110;
char s[N];int main()
{cin >> s; // 输入字符串for(int i = 0; s[i] != '\0'; i++) // 遍历字符串，直到结束符{if(islower(s[i])) // 如果是小写字母{s[i] = toupper(s[i]); // 转换为大写字母}}cout << s << endl; // 输出最终处理后的字符串return 0;
}

代码分析

1. 核心逻辑：

   • 使用 islower(s[i]) 判断字符是否为小写字母：
     • islower 是 C++ 标准库函数，返回非零值表示为小写字母。
   • 使用 toupper(s[i]) 将字符转换为大写字母。

2. 优点：

   • 简化了字符判断与转换逻辑，代码更简洁。
   • 与 ASCII 无关，通用性更强，可适配其他字符集。

3. 缺点：

   • 需要引入 <cctype> 头文件。

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💯附加介绍：islower 和 toupper 的作用

C++ 提供了一些方便的标准库函数来处理字符判断和转换，其中常用的两个是 islower 和 toupper，它们位于头文件 <cctype> 中。

函数原型

int islower(int c); // 判断字符是否是小写字母
int toupper(int c); // 将字符转换为大写字母

函数功能

1. islower

   • 用于判断字符是否为小写字母。

   • 如果参数 c 是小写字母，函数返回非零值（通常是1）。

   • 如果参数 c 不是小写字母，函数返回0。

   • 示例：

     char ch = 'a';
     cout << islower(ch) << endl; // 输出 1ch = 'A';
     cout << islower(ch) << endl; // 输出 0
     

2. toupper

   • 用于将字符转换为对应的大写字母。

   • 如果参数 c 是小写字母，返回对应的大写字母。

   • 如果参数 c 本身不是小写字母，则返回参数本身。

   • 示例：

     char ch = 'a';
     cout << toupper(ch) << endl; // 输出 'A'ch = 'A';
     cout << toupper(ch) << endl; // 输出 'A'
     

通过使用这两个函数，可以显著简化字符处理逻辑，并增强代码的可读性和通用性。

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💯对比与总结

实现方式	优点	缺点
ASCII 直接操作	简单直观，不依赖库	不够通用，依赖编码格式
修改字符数组	高效，简化输出逻辑	同样依赖 ASCII，编码适配性较差
使用 islower 和 toupper	通用性强，逻辑简洁	需要引入额外头文件，依赖标准库

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💯优化与扩展

1. 支持空格的输入：
   现有代码使用 cin 读取字符串，无法处理包含空格的输入。可以改用 getline 实现：

   string s;
   getline(cin, s);
   for (int i = 0; i < s.length(); i++)
   {if (islower(s[i])){s[i] = toupper(s[i]);}
   }
   cout << s << endl;
   

2. 处理 Unicode 字符：
   对于支持多语言字符集的需求，可使用 ICU 库或 C++20 提供的 Unicode 字符处理功能。具体实现较复杂，读者可根据需要深入研究。

3. 性能优化：

   • 当前实现已经是 O(n) 的复杂度，已较为高效。
   • 可结合多线程技术对超大字符串的处理进行并行优化。

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💯小结

本次讨论从多个角度全面分析了一道 C++ 基础字符处理题目，并结合用户与老师的不同代码实现，详细阐述了思路、优缺点与优化空间。通过这道题目，我们不仅巩固了字符数组、ASCII 处理、以及 C++ 标准库函数的使用，还进一步拓展了编码适配性与输入灵活性等实战技能。希望读者通过本次学习，能够更加熟练地应对类似的编程挑战！

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