C++链表02：反转链表

1.背景

大家好，我是酒馆店小二。

力扣206.翻转链表。
题意：反转一个单链表。
示例:
输入: 2->3->4->5->NULL
输出: 5->4->3->2->NULL

2.迭代

如图，

定义pre指针，初始化为 nullptr；
定义cur指针，指向头结点；
定义temp指针，指向cur->next节点，为什么要指向这个节点？因为接下来要改变cur->next的指向，将cur->next指向pre;
重复执行上述操作，不断后移pre和cur指针，直到cur指向nullptr，循环结束，链表反转完毕，返回pre指针即可。

说一千道一万，没有代码都不算。

迭代代码：

/*** Definition for singly-linked list.* struct ListNode {*     int val;*     ListNode *next;*     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}*     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}*     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}* };*/
ListNode* reverseList(ListNode* head) {ListNode* pre = nullptr;  // 定义 pre 指针，初始化为 nullptr；ListNode* cur = head;  // 定义 cur 指针，指向头结点；while(cur) {ListNode* tmp = cur->next;  // 定义 temp 指针，指向 cur->next 节点cur->next = pre;pre = cur;  // 后移 pre 和 cur 指针cur = tmp;}return pre;
}

3.递归

递归版本稍微复杂一些，其关键在于反向工作。假设链表的其余部分已经被反转，现在应该如何反转它前面的部分？

假设链表为：
n1→…→n k−1→n k→n k+1 →…→n m →∅
若从节点 n k+1 到 n m已经被反转，而我们正处于 n k 。
n1 →…→n k−1 →n k →n k+1 ←…←n m
我们希望 n k+1的下一个节点指向 n k。
所以，nk→next→next = nk。
需要注意的是 n 1的下一个节点必须指向 ∅。如果忽略了这一点，链表中可能会产生环。

ListNode* reverseList(ListNode* head) {if (!head || !head->next) return head;// 递归调用，翻转第二个节点开始往后的链表ListNode* newHead = reverseList(head->next);// 反转头节点与第二个节点的指向head->next->next = head;// head节点指针指为空，因为它已经被它的下一个节点指向了，理论上它就是尾结点// 因为通过递归操作找到的就是尾结点，并且反转尾结点head->next = nullptr;return newHead;
}

4.进阶：反转链表内指定区间

将一个节点数为 size 链表 m 位置到 n 位置之间的区间反转，要求时间复杂度 O(n)O(n)O(n)，空间复杂度 O(1)O(1)O(1)。
例如：
给出的链表为 1→2→3→4→5→NULL，m = 2，n = 4，
返回 1→4→3→2→5→NULL。

解题思路:

判断参数 head 是否为空，若空则直接返回；判断m是否等于 n，相等则无需进行操作，直接返回；
创建一个头结点 dummyHead ，以便对整个链表的操作实现统一；
指针begin初始化为头节点 dummyHead，begin 将作为待反转链表第一个结点的前驱指针。然后通过变量 i (初始化为 0 )记录当前遍历的结点个数，顺序遍历链表的前 m -1个结点时，begin 不断向前移动，最终指向第 m - 1 个结点；
指针 start 指向待反转链表的第一个结点，初始化为 begin->next ;指针 finish 指向待反转链表的最后一个结点，初始化为 begin。然后在顺序遍历到第 n 个结点的过程中，finish不断向前移动，直到指向第 n 个结点。
指针 end 指向待反转链表的最后一个结点的下一个位置；

反转链表：

初始时，指针 pre 指向 start，指针 cur 指向 start->next，begin->next = nullptr，finish->next = nullptr；
反转过程: tmp = cur->next; cur->next = pre；pre = cur；cur = tmp
结束条件：cur == finish
最后一步：将反转后的链表与其余 begin 之前的链表和 end 之后的链表进行连接：
begin->next = finish; start->next = end;

ListNode *reverseBetween(ListNode *head, int m, int n) {if (!head || m == n) return head;ListNode *dummyHead = new ListNode(-1);dummyHead->next = head;  // 创建链表的头结点ListNode *begin = dummyHead;  // begin 初始化为虚拟头结点int i = 0;while (i < m - 1) {begin = begin->next;  // 循环结束，begin 指向第 m - 1个节点，即待反转链表前一个节点++i;}ListNode *start = begin->next;ListNode *finish = begin;while (i < n) {finish = finsh->next;   // 循环结束，finish 指向第 n 个节点，即待反转链表最后一个节点++i;}ListNode *end = finish->next;  // end 指向待反转链表最后一个节点之后的一个节点ListNode *pre = start;ListNode *cur = start->next;begin->next = nullptr;finish->next = nullptr;while (pre != finish) {ListNode *tmp = cur->next;cur->next = pre;pre = cur;cur = tmp;}begin->next = finish;start->next = end;head = dummyHead->next;delete dummyHead;return head;
}

当时轻别意中人，山长水远知何处。
2022.3.23