C语言双指针法实现数组奇偶分离

在编程中，常常会遇到一些简单的数组操作问题，其中之一就是如何将数组中的奇数和偶数分离，奇数排在前面，偶数排在后面。这个问题虽然看起来简单，但如何高效地实现是我们需要思考的问题。

本文将通过C语言来实现这一功能，并且使用双指针法（Two-pointer approach）来优化解决方案。通过这种方法，我们可以在O(n)的时间复杂度内完成数组奇偶分离，而且空间复杂度为O(1)，即只需要常数空间。

问题分析

给定一个整数数组，我们需要将其中的所有奇数移动到数组的前面，所有偶数移动到数组的后面。要求：

• 奇数和偶数之间的顺序可以不保持原有顺序。
• 不允许使用额外的数组空间。

解决思路

为了实现上述功能，我们可以采用双指针法。基本思路是通过两个指针，一个从数组的左端开始，另一个从右端开始，进行交换操作。具体步骤如下：

1. 左指针：从数组的开头开始，找出第一个偶数。
2. 右指针：从数组的尾部开始，找出第一个奇数。
3. 交换：如果左指针指向偶数，右指针指向奇数，就交换这两个数的位置。
4. 继续移动指针：然后分别移动左指针和右指针，直到两个指针相遇或交错。

通过这种方法，我们可以在一次遍历中完成奇偶分离的任务，时间复杂度为O(n)，而空间复杂度仅为O(1)，因为我们只用了常数的额外空间。

代码实现

下面是基于双指针法实现的C语言代码：

#include 

void adjustArray(int arr[], int sz) {
    int left = 0;   // 左指针，从数组的头部开始
    int right = sz - 1; // 右指针，从数组的尾部开始

    while (left < right) {
        // 找到左指针指向的是偶数
        while (left < right && arr[left] % 2 != 0) {
            left++;  // 向右移动左指针
        }

        // 找到右指针指向的是奇数
        while (left < right && arr[right] % 2 == 0) {
            right--;  // 向左移动右指针
        }

        // 当左指针指向偶数，右指针指向奇数时，交换它们
        if (left < right) {
            int temp = arr[left];
            arr[left] = arr[right];
            arr[right] = temp;
        }
    }
}

int main() {
    int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
    int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    // 调整数组中的奇偶顺序
    adjustArray(arr, sz);

    // 输出调整后的数组
    printf("调整后的数组：");
    for (int i = 0; i < sz; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

代码解析

1. 双指针初始化：我们定义了两个指针，left 和 right，分别指向数组的开始和末尾。
2. 左指针移动：当左指针指向一个奇数时，我们不需要做任何操作，直接将指针向右移动，直到找到一个偶数。
3. 右指针移动：当右指针指向偶数时，我们不需要做任何操作，直接将指针向左移动，直到找到一个奇数。
4. 交换：当左指针指向偶数且右指针指向奇数时，我们交换它们的位置。
5. 继续循环：指针继续向内移动，直到它们相遇或交错，表示数组的奇偶分离完成。

示例运行

假设我们有一个包含奇数和偶数的数组：

int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };

经过上述算法处理后，数组中的奇数和偶数将被分开，输出可能是：

调整后的数组：1 9 3 5 7 6 4 8 2 10

这里，奇数部分 [1, 9, 3, 5, 7] 被移到了数组的前面，偶数部分 [6, 4, 8, 2, 10] 被移到了后面。

时间与空间复杂度

1. 时间复杂度：O(n)，其中n是数组的长度。我们最多遍历一次数组，因此时间复杂度是线性的。
2. 空间复杂度：O(1)，我们只使用了常数的额外空间（仅用于指针和临时变量），没有使用额外的数组。

这种方法非常高效，尤其适用于需要在空间有限的情况下处理大数组的场景。

总结

通过双指针法，我们可以在O(n)的时间复杂度内完成数组的奇偶分离，并且空间复杂度为O(1)，这使得算法非常高效，适用于大规模数据处理。双指针法是一种常用的技巧，在许多数组和链表的操作中都能派上用场。如果你还不熟悉双指针法，建议深入理解并多加练习。