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单链表反转面试官你确定要问这个吗

jiezi

前言：

单链表是一种常见、重要的数据结构，并且随着时间飞逝，也衍生出了诸多针对单链表的操作算法，例如，今天本文中即将会聊到的 单链表的反转操作。

下面会结合一些图片详细讲解下单链表的数据结构，以及通过三种方式（递归、双指针法、循环遍历）进行单链表的反转。

数据结构：

1、单链表的数据结构：

单链表是一种线性结构，它是由一个个 节点（Node）组成的。并且每个节点（Node）是由一块 数据域（data）和一块 指针域（next）组成的。

①、节点（Node）结构图如下：

  1. 节点的数据域 ：data 数据域一般就是用来存放数据的。（注：data 域需要指定类型，只能存放指定类型的数据，不能什么东西都放，是不是呀；那代码中是怎么实现的呢？使用 泛型。）
  2. 节点的指针域 ：next 指针域一般就是存放的指向下一个节点的指针；这个指针其实是一个内存地址，因为 Node 节点对象是存放在 JVM 中的堆内存中，所以节点的 next 指针域中存放就是下一个节点在堆内存中的地址；而在代码中对象的内存地址是赋值给其引用变量了，所以 指针域中存放的是下一个节点对象的引用变量。

②、单链表结构图如下：（下图是由三个节点构成的单链表）

若有所思，en en en . . . . . . 好像单链表的知识在脑海中清晰了些呀；那要不我们快马加鞭，赶紧把单链表的数据结构代码弄出来，然后再思索下怎么进行反转，en en en. . . .. . . 嘿嘿！

代码：

1、Node 节点类：

创建 Node 节点类，节点类中并且额外提供了两个方法（单链表的创建方法、单链表的遍历放歌）；

注意：单链表的创建方法 createLinkedList()：Node 节点的插入方式为 尾插法 ，其实还有 头插法 方式；

扩展：链表中节点的插入方式还在 HashMap 中使用到了，在 JDK 1.7 时是头插法，JDK 1.8 时是尾插法；

/**
 * @PACKAGE_NAME: com.lyl.linklist
 * @ClassName: Node  节点类
 * @Description:  单链表的组成元素：Node 节点
 * @Date: 2020-05-30 16:18
 **/
public class Node<T> {
    // 节点的数据域
    public T data;
    // 节点的指针域
    public Node next;

    /**
     * 构造方法
     * @param data 数据域值
     */
    public Node(T data) {this.data = data;}
    
    
     /**
     * 创建 单链表（尾插法）* @return  返回头结点
     */
    public static Node createLinkedList(){
        // 头节点
        Node<String> head;

        Node<String> n = new Node<String>("111");
        Node<String> n1 = new Node<String>("222");
        Node<String> n2 = new Node<String>("333");
        // 指定头节点
        head = n;
        n.next = n1;
        n1.next = n2;
        // 返回头结点
        return head;
    }
    
    
    /**
     * 链表遍历
     * @param node
     */
    public static void traverse(Node node) {while (node != null) {System.out.print(node.data + "-->");
            node = node.next;
        }
        System.out.print("null");
        System.out.println();}
}

2、单链表反转：

①、递归实现反转：
/**
 * @PACKAGE_NAME: com.lyl.linklist
 * @ClassName: ReverseByRecursiveTest
 * @Description: 使用递归实现单链表反转
 * @Date: 2020-05-30 17:01
 **/
public class ReverseByRecursiveTest {

    /**
     * 使用 递归 实现单链表反转
     * @param head  链表的 头节点
     * @return  返回反转后的 head 头结点
     */
    public static Node reverse(Node head) {if (head == null || head.next == null) {return head;}
        // 获取头结点的下个节点，使用 temp 临时节点存储
        Node temp = head.next;
        // 递归调用
        Node node = reverse(head.next);
        // 将头节点的下一个节点的指针域指向头节点
        temp.next = head;
        // 将头节点的指针域置为 null
        head.next = null;
        return node;
    }

    // test
    public static void main(String[] args) {
        // 创建单链表
        Node head = Node.createLinkedList();
        // 遍历新创建的单链表
        System.out.print("新创建的单链表：");
        Node.traverse(head);
        // 递归反转单链表
        Node newHead = reverse(head);
        // 遍历反转后的单链表
        System.out.print("反转后的单链表：");
        Node.traverse(newHead);
    }
}

运行输出：

新创建的单链表：111 –> 222 –> 333 –> null
反转后的单链表：333 –> 222 –> 111 –> null

图解递归方法的调用过程：

（1）、首先将头结点（data 域为 111 节点）传入 reverse() 方法中，并将方法压入栈：

（2）、当执行到 Node node = reverse(head.next); 将 data 域为 222 的节点传入 reverse() 方法中，并将方法压入栈：

（3）、当执行到 Node node = reverse(head.next); 将 data 域为 333 的节点传入 reverse() 方法中，并将方法压入栈；然后当执行到 if 判断时，发现 data 域为 333 的节点的 next 指针域指向的下一个节点为 null，此时方法返回当前 head 头结点（data 域为 333 的节点）：

（4）、当 reverse(333) ; 方法出栈时，此时会继续执行 reverse(222) ; 继续执行递归调用后面的代码，并且执行完后，reverse(222) 方法出栈：

（5）、当 reverse(222) ; 方法出栈时，此时会继续执行 reverse(111) ; 继续执行递归调用后面的代码，并且执行完后，reverse(111) 方法出栈：

（6）、当 reverse(111) 方法出栈了，那么 此时递归调用结束，最终堆中的单链表的结构如图：

递归调用终于写完了，这个图太费劲了，花费了太多时间了；画图所使的工具是：ProcessOn。

②、循环遍历 + 辅助空间 实现反转：
/**
 * @PACKAGE_NAME: com.lyl.linklist
 * @ClassName: ReverseByTraverseTest
 * @Description:  使用 循环遍历 + 辅助空间 进行单链表反转
 * @Date: 2020-05-30 19:11
 **/
public class ReverseByTraverseTest {

    /**
     * 使用 遍历 + 辅助空间 进行链表反转
     * @param head
     * @return 返回反转后的 head 头结点
     */
    public static Node reverse(Node head) {
        // list 集合 辅助空间
        List<Node> list = new ArrayList<Node>();

        while (head != null) {list.add(head);
            head = head.next;
        }

        for (int i = list.size() - 1; i > 0; i--) {Node n = list.get(i);
            Node n1 = list.get(i-1);
            n.next = n1;
            n1.next = null;
        }
        // 返回头结点
        return list.get(list.size() - 1);
    }


    // test
    public static void main(String[] args) {
        // 创建单链表
        Node head = Node.createLinkedList();
        // 遍历新创建的单链表
        System.out.print("新创建的单链表：");
        Node.traverse(head);
        // 递归反转单链表
        Node newHead = reverse(head);
        // 遍历反转后的单链表
        System.out.print("反转后的单链表：");
        Node.traverse(newHead);
    }
}
③、双指针 + 辅助临时节点 实现反转：
/**
 * @PACKAGE_NAME: com.lyl.linklist
 * @ClassName: ReverseByDoublePointerTest
 * @Description:  使用 双指针 + 辅助临时节点 实现单链表反转
 * @Date: 2020-05-30 19:17
 **/
public class ReverseByDoublePointerTest {

    /**
     * 使用 双指针 + 辅助临时节点 进行链表反转
     * @param head
     * @return 返回反转后的 head 头结点
     */
    public static Node reverse(Node head) {
        // 当前节点指针
        Node current ;
        // 前一节点指针
        Node previous;
        // 当前节点指针初始化指向头结点
        current = head;
        // 前一节点指针初始化为 null
        previous = null;

        while(current != null){
            // 辅助的临时节点, 存储当前节点的下一个节点
            Node temp = current.next;
            // 当前节点的下一个节点指向了前一个节点指针指向的节点
            current.next = previous;
            // 然后 前一节点指针向前移动一个节点，此时和当前节点指针都指向了当前节点
            previous = current;
            // 当前节点指针也向前移动一个节点，也就是移动到了当前节点的下一个节点，就是临时节点指向的节点
            current = temp;
        }
        // 返回头结点
        return previous;
    }


    // test
    public static void main(String[] args) {
        // 创建单链表
        Node head = Node.createLinkedList();
        // 遍历新创建的单链表
        System.out.print("新创建的单链表：");
        Node.traverse(head);
        // 递归反转单链表
        Node newHead = reverse(head);
        // 遍历反转后的单链表
        System.out.print("反转后的单链表：");
        Node.traverse(newHead);
    }
}

end，终于写完，本文中着重讲解了下 递归 的调用过程，因为递归一般是不太好理解的。

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