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反转链表的写法很简单，一些同学甚至可以背下来但过一阵就忘了该咋写，主要是因为没有理解真正的反转过程。

206.反转链表

力扣题目链接leetcode.cn力扣题目链接/problems/reverse-linked-list/

题意：反转一个单链表。

示例: 输入: 1->2->3->4->5->NULL 输出: 5->4->3->2->1->NULL

思路​

如果再定义一个新的链表，实现链表元素的反转，其实这是对内存空间的浪费。

其实只需要改变链表的next指针的指向，直接将链表反转 ，而不用重新定义一个新的链表，如图所示:

206_反转链表

之前链表的头节点是元素1， 反转之后头结点就是元素5 ，这里并没有添加或者删除节点，仅仅是改变next指针的方向。

那么接下来看一看是如何反转的呢？

我们拿有示例中的链表来举例，如动画所示：（纠正：动画应该是先移动pre，在移动cur）

首先定义一个cur指针，指向头结点，再定义一个pre指针，初始化为null。

然后就要开始反转了，首先要把 cur->next 节点用tmp指针保存一下，也就是保存一下这个节点。

为什么要保存一下这个节点呢，因为接下来要改变 cur->next 的指向了，将cur->next 指向pre ，此时已经反转了第一个节点了。

接下来，就是循环走如下代码逻辑了，继续移动pre和cur指针。

最后，cur 指针已经指向了null，循环结束，链表也反转完毕了。 此时我们return pre指针就可以了，pre指针就指向了新的头结点。

双指针法​

C++
class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        ListNode* temp; // 保存cur的下一个节点
        ListNode* cur = head;
        ListNode* pre = NULL;
        while(cur) {
            temp = cur->next;  // 保存一下 cur的下一个节点，因为接下来要改变cur->next
            cur->next = pre; // 翻转操作
            // 更新pre 和 cur指针
            pre = cur;
            cur = temp;
        }
        return pre;
    }
};
  • 时间复杂度: O(n)
  • 空间复杂度: O(1)

递归法​

递归法相对抽象一些，但是其实和双指针法是一样的逻辑，同样是当cur为空的时候循环结束，不断将cur指向pre的过程。

关键是初始化的地方，可能有的同学会不理解， 可以看到双指针法中初始化 cur = head，pre = NULL，在递归法中可以从如下代码看出初始化的逻辑也是一样的，只不过写法变了。

具体可以看代码（已经详细注释），双指针法写出来之后，理解如下递归写法就不难了，代码逻辑都是一样的。

C++
class Solution {
public:
    ListNode* reverse(ListNode* pre,ListNode* cur){
        if(cur == NULL) return pre;
        ListNode* temp = cur->next;
        cur->next = pre;
        // 可以和双指针法的代码进行对比，如下递归的写法，其实就是做了这两步
        // pre = cur;
        // cur = temp;
        return reverse(cur,temp);
    }
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        // 和双指针法初始化是一样的逻辑
        // ListNode* cur = head;
        // ListNode* pre = NULL;
        return reverse(NULL, head);
    }

};
  • 时间复杂度: O(n), 要递归处理链表的每个节点
  • 空间复杂度: O(n), 递归调用了 n 层栈空间

我们可以发现，上面的递归写法和双指针法实质上都是从前往后翻转指针指向，其实还有另外一种与双指针法不同思路的递归写法：从后往前翻转指针指向。

具体代码如下（带详细注释）：

C++
class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        // 边缘条件判断
        if(head == NULL) return NULL;
        if (head->next == NULL) return head;

        // 递归调用，翻转第二个节点开始往后的链表
        ListNode *last = reverseList(head->next);
        // 翻转头节点与第二个节点的指向
        head->next->next = head;
        // 此时的 head 节点为尾节点，next 需要指向 NULL
        head->next = NULL;
        return last;
    }
};
  • 时间复杂度: O(n)
  • 空间复杂度: O(n)

其他语言版本​

Java
// 双指针
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode prev = null;
        ListNode cur = head;
        ListNode temp = null;
        while (cur != null) {
            temp = cur.next;// 保存下一个节点
            cur.next = prev;
            prev = cur;
            cur = temp;
        }
        return prev;
    }
}
Java
// 递归
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        return reverse(null, head);
    }

    private ListNode reverse(ListNode prev, ListNode cur) {
        if (cur == null) {
            return prev;
        }
        ListNode temp = null;
        temp = cur.next;// 先保存下一个节点
        cur.next = prev;// 反转
        // 更新prev、cur位置
        // prev = cur;
        // cur = temp;
        return reverse(cur, temp);
    }
}
Java
// 从后向前递归
class Solution {
    ListNode reverseList(ListNode head) {
        // 边缘条件判断
        if(head == null) return null;
        if (head.next == null) return head;

        // 递归调用，翻转第二个节点开始往后的链表
        ListNode last = reverseList(head.next);
        // 翻转头节点与第二个节点的指向
        head.next.next = head;
        // 此时的 head 节点为尾节点，next 需要指向 NULL
        head.next = null;
        return last;
    }
}

其他解法​

使用虚拟头结点解决链表反转​

使用虚拟头结点，通过头插法实现链表的反转（不需要栈）

Java
// 迭代方法：增加虚头结点，使用头插法实现链表翻转
public static ListNode reverseList1(ListNode head) {
    // 创建虚头结点
    ListNode dumpyHead = new ListNode(-1);
    dumpyHead.next = null;
    // 遍历所有节点
    ListNode cur = head;
    while(cur != null){
        ListNode temp = cur.next;
        // 头插法
        cur.next = dumpyHead.next;
        dumpyHead.next = cur;
        cur = temp;
    }
    return dumpyHead.next;
}

使用栈解决反转链表的问题​

  • 首先将所有的结点入栈
  • 然后创建一个虚拟虚拟头结点，让cur指向虚拟头结点。然后开始循环出栈，每出来一个元素，就把它加入到以虚拟头结点为头结点的链表当中，最后返回即可。
Java
public ListNode reverseList(ListNode head) {
    // 如果链表为空，则返回空
    if (head == null) return null;
    // 如果链表中只有只有一个元素，则直接返回
    if (head.next == null) return head;
    // 创建栈 每一个结点都入栈
    Stack<ListNode> stack = new Stack<>();
    ListNode cur = head;
    while (cur != null) {
        stack.push(cur);
        cur = cur.next;
    }
    // 创建一个虚拟头结点
    ListNode pHead = new ListNode(0);
    cur = pHead;
    while (!stack.isEmpty()) {
        ListNode node = stack.pop();
        cur.next = node;
        cur = cur.next;
    }
    // 最后一个元素的next要赋值为空
    cur.next = null;
    return pHead.next;
}

采用这种方法需要注意一点。就是当整个出栈循环结束以后，cur正好指向原来链表的第一个结点，而此时结点1中的next指向的是结点2，因此最后还需要cur.next = nullimage-20230117195418626