剖析反转链表的常见难题

闲谈

2023-10-26 15:15:14

引言

链表是计算机科学中一种常见的数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含一个数据项和指向下一个节点的指针。反转链表是指将链表中节点的顺序颠倒过来。反转链表是一个经典的算法问题，在实际应用中也有着广泛的应用，比如：

在字符串处理中，反转链表可以用来实现字符串的反转。
在图形处理中，反转链表可以用来实现图像的旋转。
在网络编程中，反转链表可以用来实现数据包的重组。

本文将深入剖析反转链表的常见难题，帮助读者理解和掌握链表这一基础的数据结构。

单链表结构和遍历

在介绍反转链表之前，我们先来了解一下单链表的基本结构和遍历方法。

单链表的节点结构如下：

struct Node {
    int data;
    struct Node *next;
};

其中，data字段存储节点的数据，next字段存储指向下一个节点的指针。

从头开始遍历单链表，可以得到链表中节点的数据序列。以下代码展示了单链表的遍历过程：

struct Node *head = ...; // 链表的头节点

// 从头开始遍历链表
struct Node *current = head;
while (current != NULL) {
    printf("%d ", current->data);
    current = current->next;
}

反转链表的三种方法

反转链表有三种常见的方法：迭代法、递归法和就地反转法。

迭代法

迭代法是反转链表最简单的方法。它使用两个指针，一个指向当前节点，另一个指向下一个节点。然后，将当前节点的next指针指向prev，并将prev和current指针分别移动到current和next。

struct Node *head = ...; // 链表的头节点

// 使用迭代法反转链表
struct Node *prev = NULL;
struct Node *current = head;

while (current != NULL) {
    struct Node *next = current->next;
    current->next = prev;
    prev = current;
    current = next;
}

head = prev;

递归法

递归法也是一种反转链表的方法。它使用一个递归函数来反转链表。该函数接收两个参数：当前节点和上一个节点。函数首先将当前节点的next指针指向prev，然后递归调用自身，将current和next作为参数传递。当递归函数返回时，current将指向链表的尾节点，而prev将指向链表的头节点。

struct Node *head = ...; // 链表的头节点

// 使用递归法反转链表
struct Node *reverseList(struct Node *current, struct Node *prev) {
    if (current == NULL) {
        return prev;
    }

    struct Node *next = current->next;
    current->next = prev;

    return reverseList(next, current);
}

head = reverseList(head, NULL);

就地反转法

就地反转法是一种不需要额外空间的反转链表的方法。它使用三个指针：prev、current和next。prev指向当前节点的前一个节点，current指向当前节点，next指向当前节点的下一个节点。然后，将current的next指针指向prev，并将prev和current指针分别移动到current和next。

struct Node *head = ...; // 链表的头节点

// 使用就地反转法反转链表
struct Node *prev = NULL;
struct Node *current = head;

while (current != NULL) {
    struct Node *next = current->next;
    current->next = prev;
    prev = current;
    current = next;
}

head = prev;