C++で配列・文字列を逆順にするプログラムの作成方法【反復・再帰の2つの手法を解説】

この記事では、与えられた配列または文字列の要素を逆順に並び替えるC++プログラムの作成方法を解説します。配列と文字列はどちらも同じ手順で処理できるため、基本的な考え方を一度覚えれば両方に応用できます。

まず、具体例を使って問題を確認しましょう。

入力例(配列の場合)

array = {2, 5, 7, 1, 9}

出力例

{9, 1, 7, 5, 2}

入力例(文字列の場合)

string = "Hello!"

出力例

!olleH

逆順にする仕組み

配列(文字列も同様)を逆順にするには、先頭と末尾の要素を順番に交換していく方法が基本です。具体的には、次の手順で処理を行います。

1. 先頭位置を示す変数「start」と、末尾位置を示す変数「end」を用意する。
2. startが指す要素とendが指す要素を交換する。
3. startを1つ後ろへ、endを1つ前へ移動させる。
4. startがend未満である限り、手順2〜3を繰り返す。

この処理により、外側から内側へ向かって要素が対になって入れ替わり、最終的に配列全体が逆順になります。

このアルゴリズムの実装方法には、ループを使う反復処理による方法と、関数の自己呼び出しを使う再帰処理による方法の2通りがあります。以下では、それぞれの動作をサンプルコードで紹介します。

サンプルプログラム1:反復処理による実装

#include <iostream>
using namespace std;

void reverseArrayIt(int arr[], int start, int end){
    while (start < end){
        int temp = arr[start];
        arr[start] = arr[end];
        arr[end] = temp;
        start++;
        end--;
    }
}

int main() {
    int arr[] = {6, 9, 1, 4, 0, 5};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    cout<<"Original Array : ";
    for (int i = 0; i < n; i++)
        cout<<arr[i]<<" ";
    cout<<endl;
    reverseArrayIt(arr, 0, n-1);
    cout << "Reversed array : ";
    for (int i = 0; i < n; i++)
        cout<<arr[i]<<" ";
    cout<<endl;
    return 0;
}

実行結果

Original Array : 6 9 1 4 0 5
Reversed array : 5 0 4 1 9 6

while文の中で、startとendが指す要素を一時変数tempを介して交換しています。交換のたびにstartを増加、endを減少させ、両者が交差した時点でループを終了します。処理がシンプルで理解しやすく、最も一般的な実装方法です。

サンプルプログラム2:再帰処理による実装

#include <iostream>
using namespace std;

void reverseArrayRec(int arr[], int start, int end){
    if(start >= end)
        return;
    int temp = arr[start];
    arr[start] = arr[end];
    arr[end] = temp;
    reverseArrayRec(arr, start+1, end-1);
}

int main() {
    int arr[] = {6, 9, 1, 4, 0, 5};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    cout<<"Original Array : ";
    for (int i = 0; i < n; i++)
        cout<<arr[i]<<" ";
    cout<<endl;
    reverseArrayRec(arr, 0, n-1);
    cout << "Reversed array : ";
    for (int i = 0; i < n; i++)
        cout<<arr[i]<<" ";
    cout<<endl;
    return 0;
}

実行結果

Original Array : 6 9 1 4 0 5
Reversed array : 5 0 4 1 9 6

再帰版では、startがend以上になった時点(すべての交換が完了した時点)で関数を終了するのが基底条件です。両端の要素を交換した後、探索範囲を狭めながら自分自身を再度呼び出すことで、反復版とまったく同じ処理を実現しています。

まとめ

どちらの方法でも計算量はO(n)で、実行結果は同一です。反復処理は関数呼び出しのオーバーヘッドがなくメモリ効率に優れる一方、再帰処理はロジックが簡潔に表現できるという利点があります。また、文字列の場合も先頭と末尾の位置を同じように扱えば、同じアルゴリズムで逆順にできます。なお、実務では標準ライブラリのstd::reverse()を利用することで、より簡単に逆順処理を行うことも可能です。