利用编程思维做题之反转链表

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1. 理解问题

给到我们的是一个单链表的头节点 pHead，要求反转后，返回新链表的头节点。

首先在心里设想能够快速理解的例子，如给你123序列，要你反转此序列如何回答？将最后一个数字3作为头，然后修改3后面跟着的数字为2，2后面的数字为1，这就是一个单链表的简单应用。需要提前考虑的问题：如何获取最后一个数字、遍历所有数值时需要区分前一个数值与后一个数值。

单链表的特点是每个节点包含一个值和一个指向下一个节点的指针，因此反转链表的过程实际上是改变每个节点的指针方向。

2. 输入输出

输入：单链表的头节点 pHead。
输出：反转后的链表的头节点。

3. 链表结构

单链表的节点通常定义为：

struct ListNode {
int val; // 节点的值
struct ListNode *next; // 指向下一个节点的指针
};

4. 制定策略

我们可以使用迭代的方法反转链表，核心思想是通过遍历链表并逐个改变指针方向。以下是具体步骤：

初始化指针：
- prev指针: 表示前一个数值，可以用于追踪新链表的头节点，初始为 NULL。
- curr指针：表示当前数值，用于遍历链表，初始为 pHead。
遍历链表：
- 在每次循环中，保存当前节点的下一个节点 nextTemp（按123的顺序遍历所有数值）。
- 将当前节点的 next 指针指向 prev（相当于反转操作，如1指向空、2指向1、3指向2）。
- 更新 prev 为当前节点 curr（将prev后移）。
- curr移动到下一个节点 nextTemp（curr后移）。
返回新链表的头节点：
- 当 curr 为空时，prev 就是新链表的头节点，即取到最后一个数值。

5. 实现代码

以下是反转单链表的 C 语言关键函数实现：

struct ListNode {
int val;
struct ListNode *next;
};

struct ListNode* reverseList(struct ListNode* pHead) {
struct ListNode* prev = NULL; // 上一个节点
struct ListNode* curr = pHead; // 当前节点
struct ListNode* nextTemp = NULL; // 下一个节点

while (curr != NULL) {
nextTemp = curr->next; // 保存下一个节点
curr->next = prev; // 反转当前节点的指针
prev = curr; // 移动 prev 到当前节点
curr = nextTemp; // 移动到下一个节点
}

return prev; // 返回新链表的头节点
}

5.1 完整c语言代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 定义单链表节点结构
struct ListNode {
int val; // 节点的值
struct ListNode *next; // 指向下一个节点的指针
};

// 反转链表的函数
struct ListNode* reverseList(struct ListNode* pHead) {
struct ListNode* prev = NULL; // 上一个节点
struct ListNode* curr = pHead; // 当前节点
struct ListNode* nextTemp = NULL; // 下一个节点

// 遍历链表
while (curr != NULL) {
nextTemp = curr->next; // 保存下一个节点
curr->next = prev; // 反转当前节点的指针
prev = curr; // 更新 prev 为当前节点
curr = nextTemp; // 移动到下一个节点
}

return prev; // 返回新链表的头节点
}

// 创建新节点的辅助函数
struct ListNode* createNode(int value) {
struct ListNode* newNode = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
newNode->val = value;
newNode->next = NULL;
return newNode;
}

// 打印链表的辅助函数
void printList(struct ListNode* head) {
struct ListNode* current = head;
while (current != NULL) {
printf("%d -> ", current->val);
current = current->next;
}
printf("NULL\n");
}

// 测试代码
int main() {
// 创建链表 {1 -> 2 -> 3}
struct ListNode* head = createNode(1);
head->next = createNode(2);
head->next->next = createNode(3);

printf("Original list:\n");
printList(head); // 输出原链表

// 反转链表
struct ListNode* reversedHead = reverseList(head);

printf("Reversed list:\n");
printList(reversedHead); // 输出反转后的链表

// 释放内存
struct ListNode* temp;
while (reversedHead != NULL) {
temp = reversedHead;
reversedHead = reversedHead->next;
free(temp);
}

return 0;
}