单链表反转/逆序的两种方法

比较两种思路的差异
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  • 前面我们大约把单链表 ADT 的基本操作都过了一遍,但是这还不够。单链表在面试与笔试中出现的几率很高,接下来我们再花点时间把常见的单链表面试题尽可能过一遍,彻底掌握单链表~
  • 那开始我们的第一个面试题?不妨做做“单链表反转”,或者说“单链表逆序”吧?还是基于前面的例子。

究竟要如何反转呢?我们不妨拿一个例子来说明一下算法。

  • 我先画一个单链表,这个单链表有4个元素。我的思路就是,每次把第二个元素提到最前面来。比如下面是第一次交换,我们先让头结点的next域指向结点a2,再让结点a1的next域指向结点a3,最后将结点a2的next域指向结点a1,就完成了第一次交换。
第一次交换
  • 然后进行相同的交换将结点a3移动到结点a2的前面,然后再将结点a4移动到结点a3的前面就完成了反转。
第二次交换
第三次交换
  • 思路有了,那就可以写代码了。这里我们需要额外的两个工作指针来辅助交换。这个下面的步骤慢慢理解下,结合图片。注意结点之间的关系要先断再连。

步骤:

  1. 定义当前结点 current,初始值为首元结点,current = L->next;
  2. 定义当前结点的后继结点 pnext, pnext = current->next; 
  3. 只要 pnext 存在,就执行以下循环:
    • 定义新节点 prev,它是 pnext的后继结点,prev = pnext->next;
    • 把pnext的后继指向current, pnext->next = current;
    • 此时,pnext 实际上已经到了 current 前一位成为新的current,所以这个时候 current 结点实际上成为新的 pnext,current = pnext;
    • 此时,新的 current 就是 pnext,current = pnext;
    • 而新的 pnext 就是 prev,pnext = prev;
  4. 最后将头结点与 current 重新连上即可,L->next = current;

函数设计如下:

/* 单链表反转/逆序 */
Status ListReverse(LinkList L)
{
    LinkList current,pnext,prev;
    if(L == NULL || L->next == NULL)
        return L;
    current = L->next;  /* p1指向链表头节点的下一个节点 */
    pnext = current->next;
    current->next = NULL;
    while(pnext)
    {
        prev = pnext->next;
        pnext->next = current;
        current = pnext;
        pnext = prev;
        printf("交换后:current = %d,next = %d \n",current->data,current->next->data);
    }
    //printf("current = %d,next = %d \n",current->data,current->next->data);
    L->next = current;  /* 将链表头节点指向p1 */
    return L;
}
  • 其实在你写函数的时候,我也写了个函数,也能运行。思路也差不多,不过你的current一直是表的第一个结点,我这里的current始终是首元结点的值,我的函数需要每次对pnext重新赋值。一会解释下。
Status ListReverse2(LinkList L)
{
    LinkList current, p;

    if (L == NULL)
    {
        return NULL;
    }
    current = L->next;
    while (current->next != NULL)
    {
        p = current->next;
        current->next = p->next;
        p->next = L->next;
        L->next = p;
    }
    return L;
}
  1. p = current->next; p 就相当于前面的 pnext。(图1中a2即为p)
  2. current->next = p->next; p->next 就相当于 prev的角色,这句代码意思是 current 的后继指向 prev.(相当于图1中a1->next = a3(a2->next))
  3. p->next = L->next; 这句就是 p 的后继直接指向首元节点。(相当于图1中a2->next = a1)
  4. L->next = p; 然后再将头结点指向 p。(相当于图1中L->next = a2)
  • 参照图就很容易理解上面的步骤了。我觉得我这么写比你的清晰一些。我先将current指向prev,再将pnext指向current,最后将头结点指向pnext。

这个是程序运行的结果。

整体创建L的元素(头插法):
// 原链表,current = 68, pnext = 55,68指向18,55指向18,头结点指向55
-> 68 -> 55 -> 18 -> 45 -> 41 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67

// 第一次交换后,原链表变成这样
-> 55 -> 68 -> 18 -> 45 -> 41 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67
// 进行第二次交换,pnext = 18,68指向45,18变成头结点
-> 18 -> 55 -> 68 -> 45 -> 41 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67
// 进行第三次交换,pnext = current->next = 45,68指向41,45变成头结点
-> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 41 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67
// ……
-> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67

-> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67

-> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 28 -> 80 -> 67

-> 28 -> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 80 -> 67

-> 80 -> 28 -> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 67
// current 68 没有后继,反转结束
-> 67 -> 80 -> 28 -> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68


反转L后
-> 67 -> 80 -> 28 -> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68

最后附上完整代码,反转有两个函数。

  • 方法1,current始终保持在第一位,pnext与prev遍历并完成交换。
  • 方法2,current始终是原链表的第一个数,然后把pnext不断移动到首位。
#include "stdio.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status;/* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码,如OK等 */
typedef int ElemType;/* ElemType类型根据实际情况而定,这里假设为int */

typedef struct Node
{
    ElemType data;
    struct Node *next;
}Node;
/* 定义LinkList */
typedef struct Node *LinkList;

/* 初始化顺序线性表 */
Status InitList(LinkList *L)
{
    *L=(LinkList)malloc(sizeof(Node)); /* 产生头结点,并使L指向此头结点 */
    if(!(*L)) /* 存储分配失败 */
    {
        return ERROR;
    }
    (*L)->next=NULL; /* 指针域为空 */

    return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在。操作结果:返回L中数据元素个数 */
int ListLength(LinkList L)
{
    int i=0;
    LinkList p=L->next; /* p指向第一个结点 */
    while(p)
    {
        i++;
        p=p->next;
    }
    return i;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在。操作结果:将L重置为空表 */
Status ClearList(LinkList *L)
{
	LinkList p,q;
	p=(*L)->next;           /*  p指向第一个结点 */
	while(p)                /*  没到表尾 */
	{
		q=p->next;
		free(p);
		p=q;
	}
	(*L)->next=NULL;        /* 头结点指针域为空 */
	return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在 */
/* 操作结果:依次对L的每个数据元素输出 */
Status ListTraverse(LinkList L)
{
    LinkList p=L->next;
    while(p)
    {
        visit(p->data);
        p=p->next;
    }
    printf("\n");
    return OK;
}

Status visit(ElemType c)
{
    printf("-> %d ",c);
    return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L) */
/* 操作结果:用e返回L中第i个数据元素的值 */
Status GetElem(LinkList L,int i,ElemType *e)
{
	int j;
	LinkList p;		/* 声明一结点p */
	p = L->next;		/* 让p指向链表L的第一个结点 */
	j = 1;		/*  j为计数器 */
	while (p && j < i)  /* p不为空或者计数器j还没有等于i时,循环继续 */
	{
		p = p->next;  /* 让p指向下一个结点 */
		++j;
	}
	if ( !p || j>i )
		return ERROR;  /*  第i个元素不存在 */
	*e = p->data;   /*  取第i个元素的数据 */
	return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在 */
/* 操作结果:返回L中第1个与e满足关系的数据元素的位序。 */
/* 若这样的数据元素不存在,则返回值为0 */
int LocateElem(LinkList L,ElemType e)
{
    int i=0;
    LinkList p=L->next;
    while(p)
    {
        i++;
        if(p->data==e) /* 找到这样的数据元素 */
                return i;
        p=p->next;
    }

    return 0;
}

/*  随机产生n个元素的值,建立带表头结点的单链线性表L(头插法) */
void CreateListHead(LinkList *L, int n)
{
	LinkList p;
	int i;
	srand(time(0));                         /* 初始化随机数种子 */
	*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
	(*L)->next = NULL;                      /*  先建立一个带头结点的单链表 */
	for (i=0; i < n; i++)
	{
		p = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); /*  生成新结点 */
		p->data = rand()%100+1;             /*  随机生成100以内的数字 */
		p->next = (*L)->next;
		(*L)->next = p;						/*  插入到表头 */
	}
}

/*  随机产生n个元素的值,建立带表头结点的单链线性表L(尾插法) */
void CreateListTail(LinkList *L, int n)
{
	LinkList p,r;
	int i;
	srand(time(0));                      /* 初始化随机数种子 */
	*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); /* L为整个线性表 */
	r=*L;                                /* r为指向尾部的结点 */
	for (i=0; i < n; i++)
	{
		p = (Node *)malloc(sizeof(Node)); /*  生成新结点 */
		p->data = rand()%100+1;           /*  随机生成100以内的数字 */
		r->next=p;                        /* 将表尾终端结点的指针指向新结点 */
		r = p;                            /* 将当前的新结点定义为表尾终端结点 */
	}
	r->next = NULL;                       /* 表示当前链表结束 */
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L), */
/* 操作结果:在L中第i个位置之前插入新的数据元素e,L的长度加1 */
Status ListInsert(LinkList *L,int i,ElemType e)
{
	int j;
	LinkList p,s;
	p = *L;     /* 声明一个结点 p,指向头结点 */
	j = 1;
	while (p && j < i)     /* 寻找第i个结点 */
	{
		p = p->next;
		++j;
	}
	if (!p || j > i)
		return ERROR;   /* 第i个元素不存在 */
	s = (LinkList)malloc(sizeof(Node));  /*  生成新结点(C语言标准函数) */
	s->data = e;
	s->next = p->next;      /* 将p的后继结点赋值给s的后继  */
	p->next = s;          /* 将s赋值给p的后继 */
	return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L) */
/* 操作结果:删除L的第i个数据元素,并用e返回其值,L的长度减1 */
Status ListDelete(LinkList *L,int i,ElemType *e)
{
	int j;
	LinkList p,q;
	p = *L;
	j = 1;
	while (p->next && j < i)	/* 遍历寻找第i个元素 */
	{
        p = p->next;
        ++j;
	}
	if (!(p->next) || j > i)
	    return ERROR;           /* 第i个元素不存在 */
	q = p->next;
	p->next = q->next;			/* 将q的后继赋值给p的后继 */
	*e = q->data;               /* 将q结点中的数据给e */
	free(q);                    /* 让系统回收此结点,释放内存 */
	return OK;
}

/* 单链表反转/逆序 */
Status ListReverse(LinkList L)
{
    LinkList current,pnext,prev;
    if(L == NULL || L->next == NULL)
        return L;
    current = L->next;  /* p1指向链表头节点的下一个节点 */
    pnext = current->next;
    current->next = NULL;
    while(pnext)
    {
        prev = pnext->next;
        pnext->next = current;
        current = pnext;
        pnext = prev;
    }
    //printf("current = %d,next = %d \n",current->data,current->next->data);
    L->next = current;  /* 将链表头节点指向p1 */
    return L;
}

Status ListReverse2(LinkList L)
{
    LinkList current, p;

    if (L == NULL)
    {
        return NULL;
    }
    current = L->next;
    while (current->next != NULL)
    {
        p = current->next;
        current->next = p->next;
        p->next = L->next;
        L->next = p;
        ListTraverse(L);
        printf("current = %d, \n", current -> data);
    }
    return L;
}

int main()
{
    LinkList L;
    Status i;
    int j,k,pos,value;
    char opp;
    ElemType e;

    i=InitList(&L);
    printf("链表L初始化完毕,ListLength(L)=%d\n",ListLength(L));

    printf("\n1.整表创建(头插法) \n2.整表创建(尾插法) \n3.遍历操作 \n4.插入操作");
    printf("\n5.删除操作 \n6.获取结点数据 \n7.查找某个数是否在链表中 \n8.置空链表");
    printf("\n9.链表反转逆序");
    printf("\n0.退出 \n请选择你的操作:\n");
    while(opp != '0'){
        scanf("%c",&opp);
        switch(opp){
            case '1':
                CreateListHead(&L,10);
                printf("整体创建L的元素(头插法):\n");
                ListTraverse(L);
                printf("\n");
                break;

            case '2':
                CreateListTail(&L,10);
                printf("整体创建L的元素(尾插法):\n");
                ListTraverse(L);
                printf("\n");
                break;

            case '3':
                ListTraverse(L);
                printf("\n");
                break;

            case '4':
                printf("要在第几个位置插入元素?");
                scanf("%d",&pos);
                printf("插入的元素值是多少?");
                scanf("%d",&value);
                ListInsert(&L,pos,value);
                ListTraverse(L);
                printf("\n");
                break;

            case '5':
                printf("要删除第几个元素?");
                scanf("%d",&pos);
                ListDelete(&L,pos,&e);
                printf("删除第%d个元素成功,现在链表为:\n", pos);
                ListTraverse(L);
                printf("\n");
                break;

            case '6':
                printf("你需要获取第几个元素?");
                scanf("%d",&pos);
                GetElem(L,pos,&e);
                printf("第%d个元素的值为:%d\n", pos, e);
                printf("\n");
                break;

            case '7':
                printf("输入你需要查找的数:");
                scanf("%d",&pos);
                k=LocateElem(L,pos);
                if(k)
                    printf("第%d个元素的值为%d\n",k,pos);
                else
                    printf("没有值为%d的元素\n",pos);
                printf("\n");
                break;

            case '8':
                i=ClearList(&L);
                printf("\n清空L后:ListLength(L)=%d\n",ListLength(L));
                ListTraverse(L);
                printf("\n");
                break;

            case '9':
                ListReverse2(L);
                printf("\n反转L后\n");
                ListTraverse(L);
                printf("\n");
                break;

            case '0':
                exit(0);
        }
    }

}

延伸阅读

此文章所在专题列表如下:

  1. 第01话:线性表的概念与定义
  2. 第02话:线性表的抽象数据类型ADT定义
  3. 第03话:线性表的顺序存储结构
  4. 第04话:线性表的初始化
  5. 第05话:线性表的遍历、插入操作
  6. 第06话:判断线性表是否为空与置空操作
  7. 第07话:线性表的查找操作
  8. 第08话:线性表删除某个元素
  9. 线性表顺序存储的优缺点
  10. 线性表链式存储结构的由来与基本概念
  11. 单链表的头指针、头结点与首元结点
  12. 单链表的结构体定义与声明
  13. 单链表的初始化
  14. 单链表的插入与遍历操作
  15. 单链表的删除某个元素的操作
  16. 获取单链表中的指定位置的元素
  17. 查找某数在单链表中的位置
  18. 用头插法实现单链表整表创建
  19. 用尾插法实现单链表整表创建
  20. 将单链表重置为空表
  21. 单链表反转/逆序的两种方法
  22. 单链表反转/逆序的第三种方法
  23. 求单链表倒数第N个数
  24. 用标尺法快速找到单链表的中间结点
  25. 如何判断链表是否有环的存在
  26. 单链表建环,无环链表变有环
  27. 删除单链表中的重复元素

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阅读一百本计算机著作吧,少年

很多人觉得自己技术进步很慢,学习效率低,我觉得一个重要原因是看的书少了。多少是多呢?起码得看3、4、5、6米吧。给个具体的数量,那就100本书吧。很多人知识结构不好而且不系统,因为在特定领域有一个足够量的知识量+足够良好的知识结构,系统化以后就足以应对大量未曾遇到过的问题。

奉劝自学者:构建特定领域的知识结构体系的路径中再也没有比学习该专业的专业课程更好的了。如果我的知识结构体系足以囊括面试官的大部分甚至吞并他的知识结构体系的话,读到他言语中的一个词我们就已经知道他要表达什么,我们可以让他坐“上位”毕竟他是面试官,但是在知识结构体系以及心理上我们就居高临下。

所以,阅读一百本计算机著作吧,少年!

《C陷阱与缺陷》 Andrew Koenig (作者), 高巍 (译者)

《C和C++经典著作•C陷阱与缺陷》适合有一定经验的C程序员阅读学习,即便你是C编程高手,《C和C++经典著作•C陷阱与缺陷》也应该成为你的案头必备书籍。作者以自己1985年在Bell实验室时发表的一篇论文为基础,结合自己的工作经验扩展成为这本对C程序员具有珍贵价值的经典著作。写作《C和C++经典著作•C陷阱与缺陷》的出发点不是要批判C语言,而是要帮助C程序员绕过编程过程中的陷阱和障碍。《C和C++经典著作•C陷阱与缺陷》分为8章,分别从词法分析、语法语义、连接、库函数、预处理器、可移植性缺陷等几个方面分析了C编程中可能遇到的问题。最后,作者用一章的篇幅给出了若干具有实用价值的建议。

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