Java数据结构与算法———（11）单链表应用实例，反转链表

将链表反转，即原链表为1-2-3-4-5，反转后为5-4-3-2-1。两种情况：头节点不是首节点（代码1）、头节点是首节点（代码2）。

一、代码1（链表头节点不是首节点）

public class SingleLinkedListDemo {
	public static void main(String[] args) {
		//开始测试
		System.out.println("开始测试... ... ... ... ...");
		
		//1.创建节点
		HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
		HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
		HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
		HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "公孙胜", "入云龙");
		HeroNode hero5 = new HeroNode(5, "关胜", "大刀");
		
		//2.创建链表
		SingleLinkedList singlelinkedlist1 = new SingleLinkedList();//输出顺序等于加入顺序
		//SingleLinkedList singlelinkedlist2 = new SingleLinkedList();//输出顺序按照编号排序
		
		//3.将创建好的节点加入到创建好的链表中
		//输出顺序等于添加顺序
		singlelinkedlist1.add(hero1);
		singlelinkedlist1.add(hero3);//hero3与hero2打乱了顺序
		singlelinkedlist1.add(hero2);//hero3与hero2打乱了顺序
		singlelinkedlist1.add(hero4);
		singlelinkedlist1.add(hero5);
		
		//4.将创建好的节点加入到创建好的链表中
		//输出顺序按照编号大小，而不是加入顺序
		/*singlelinkedlist2.addByOrder(hero1);
		singlelinkedlist2.addByOrder(hero3);//hero3与hero2打乱了顺序
		singlelinkedlist2.addByOrder(hero2);//hero3与hero2打乱了顺序
		singlelinkedlist2.addByOrder(hero5);//hero4与hero5打乱了顺序
		singlelinkedlist2.addByOrder(hero4);//hero4与hero5打乱了顺序
		singlelinkedlist2.addByOrder(hero4);//hero4已经存在，提示加不进去
		*/
		
		//5.修改节点
		/*System.out.println("修改之前的链表：");
		singlelinkedlist1.list();
		HeroNode hero6 = new HeroNode(3, "小吴", "智多星~~");
		singlelinkedlist1.updata(hero6);
		System.out.println("修改之后的链表：");
		singlelinkedlist1.list();
		*/
		
		//6.显示链表
		//singlelinkedlist1.list();
		//singlelinkedlist2.list();
		
		//7.删除节点，根据排名
		/*Scanner scanner = new Scanner(System.in);
		System.out.println("删除节点之前的链表：");
		singlelinkedlist1.list();
		System.out.println("输入要删除的英雄排名：");
		singlelinkedlist1.del(scanner.nextInt());
		System.out.println("删除节点之后的链表：");
		singlelinkedlist1.list();
		*/
		
		//8.计算单链表的有效节点个数
		/*singlelinkedlist1.list();
		System.out.println("单链表的有效节点个数为：" + singlelinkedlist1.getLength(singlelinkedlist1.getHead()));
		singlelinkedlist1.del(1);
		singlelinkedlist1.list();
		System.out.println("单链表的有效节点个数为：" + singlelinkedlist1.getLength(singlelinkedlist1.getHead()));
		*/
		
		//9.找单链表中的倒数第k个节点
		/*singlelinkedlist1.list();
		HeroNode res = singlelinkedlist1.findLastIndexNode(singlelinkedlist1.getHead(), -1);
		System.out.println("res = " + res);
		*/
		
		//10.测试链表的反转功能
		System.out.println("反转之前的链表：");
		singlelinkedlist1.list();
		singlelinkedlist1.reverseList(singlelinkedlist1.getHead());
		System.out.println("反转之后的链表：");
		singlelinkedlist1.list();
	}
}

//一、定义 SingleLinkedList 类，管理梁山好汉
class SingleLinkedList{
	//先初始化一个节点头，头节点不要动，其数据域不存放具体的数据
	private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
	
	//获得链表头节点的方法
	public HeroNode getHead() {
		return head;
	}

	//1.添加节点到单向链表，输出顺序等于添加顺序
	//思路：不考虑编号时，直接把新节点添加到当前链表的末尾
	//（1）找到当前链表的最后节点
	//（2）将最后节点的 next 指向新的节点
	public void add(HeroNode heroNode) {
		//因为head节点不能动，因为需要一个辅助节点 temp
		HeroNode temp = head;
		//<1>遍历链表，找到最后一个节点
		while(true) {//对于不清楚具体循环次数的遍历，要用while循环
			//找到链表的最后一个节点
			if(temp.next == null) {//若找到链表最后一个节点
				break;//跳出循环
			}
			//如果没有找到最后一个节点，则将 temp 后移
			temp = temp.next;
		}
		//<2>当退出while循环时， temp 就指向了链表的最后一个节点
		//将最后这个节点的 next 指向新的节点
		temp.next = heroNode;
	}
	
	//2.添加节点到单向链表，输出顺序等于编号顺序，而不是加入顺序
	//入错链表中已经存在待添加的编号，则添加失败
	public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
		//因为头节点不能动，因为需要一个辅助节点（指针）来帮助找到添加的位置
		//因为是单链表，因此需要找到的 temp 是待添加节点的前一个位置，否则加入不了
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false;//flag 表示添加的编号是否存在，默认为false，表示不存在
		//（1）开始遍历
		while(true) {//目的是找到插入的位置
			if(temp.next == null) {//说明 temp 已经在链表的最后
				break;
			}
			if(temp.next.no > heroNode.no) {//找到插入位置，就在 temp 的后面插入
				break;
			}
			else if(temp.next.no == heroNode.no) {//说明希望添加的 heroNode 的编号已经存在
				flag = true;//说明编号已经存在
				break;
			}
			//若上面的情况都没有出现，则将 temp 往后移，继续遍历链表
			temp = temp.next;
		}//退出 while 循环
		//（2）判断 flag 的值
		if(flag) {//若 flag 为 true ，说明待插入的英雄编号已经存在，不能插入
			System.out.printf("待插入的英雄（排名 = %d）不存在！\n", heroNode.no);
		}else {//可以插入，插入到 temp 与 temp.next 之间
			heroNode.next = temp.next;
			temp.next = heroNode;
		}
	}
	
	//3.显示链表
	public void list() {
		//（1）先判断链表是否为空
		if(head.next == null) {
			System.out.println("链表为空");
			return;//结束方法，并不返回数值
		}
		//（2）链表非空，输出链表
		//因为头节点不能动，因此需要一个辅助变量来遍历链表
		HeroNode temp = head.next;
		while(true) {
			//<1>判断是否到链表最后
			//if的判断条件不能用 temp.next == null ，因为这会导致最后一个节点无法输出
			//用 temp == null ，就表示 temp 的上一个节点就是链表的最后一个节点，且上一个节点的地址域就等于 temp 
			//temp是一个引用变量，其本质是对象的地址
			if(temp == null) {
				break;//已经遍历完链表
			}
			//<2>没有到链表最后，输出节点的信息
			System.out.println(temp);
			//将temp后移，一定要记得这个操作
			temp = temp.next;
		}
	}
	
	//4.修改节点的信息，根据节点的 no 来修改，即不能修改 no ，只能修改 name 和 nickname
	//根据 newHeroNode 的 no 来修改即可
	public void updata(HeroNode newHeroNode) {
		//（1）先判断链表是否为空
		if(head.next == null) {
			System.out.println("链表为空！");
			return;//结束方法，一定不能丢掉！
		}
		//（2）链表非空，找到需要修改的节点，根据排名 no 来修改内容
		//惯例，先定义一个辅助变量
		HeroNode temp = head.next;
		boolean flag = false;//表示是否找到该节点，默认为 false ，没有找到
		//<1> 判断有没有找到排名 no
		while(true) {
			if(temp == null) {//已经遍历完链表
				break;//跳出循环
			}
			if(temp.no == newHeroNode.no) {//找到了
				flag = true;//找到了
				break;//跳出循环
			}
			temp = temp.next;//没有找到，继续遍历
		}//结束循环
		//<2> 根据 flag 判断是否找到要修改的节点
		if(flag) {//找到了
			temp.name = newHeroNode.name;
			temp.nickname = newHeroNode.nickname;
		}else {//没有找到
			System.out.printf("没有找到排名为%d的英雄\n", newHeroNode.no);
		}
	}
	
	//5.删除某一个节点，根据排名
	//思路
	//1. 按照惯例， head 不能动，因此需要一个辅助节点找到待删除节点的前一个节点
	//2. 在比较时，用 temp.next.no 与  待删除节点.no 来比较
	public void del(int no) {
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false;//标志是否找到待删除的节点，默认没找到，为 false
		//（1） 遍历链表，找到待删除的节点的前一个节点
		while(true) {
			if(temp.next == null) {//已经到达链表最后
				break;
			}
			if(temp.next.no == no) {//找到待删除的节点的前一个节点
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;//没有找到待删除节点的前一个节点，继续遍历链表
		}
		//（2） 根据 flag 的值来判断是否找到待删除节点的前一个节点
		if(flag) {//找到了
			temp.next = temp.next.next;
		}else {
			System.out.printf("要删除的%d节点不存在！", no);
		}
	}
	
	//6.求单链表中有效节点的个数（若带头节点，则不统计头节点），即单链表的长度
	/**
	 * @param head 是头节点
	 * @return 返回有效节点的个数
	 */
	public static int getLength(HeroNode head) {
		//1.首先判断链表是否为空，为空则返回0
		if(head.next == null) {
			return 0;
		}
		//2.单链表非空
		int length = 0;
		//定义一个辅助变量，不统计头节点
		HeroNode cur = head.next;
		while(cur != null) {
			length++;
			cur = cur.next;//cur后移，继续遍历
		}
		return length;
	}
	
	//7.找到链表中的倒数第K个节点
	//思路
	//1. 编写一个方法，接收 head 节点和 index（表示倒数第 index 个节点）
	//2. index表示是倒数第 index 个节点
	//3. 先把链表从头到尾遍历，得到链表的总长度size（直接调用 getLength 方法）
	//4. 得到 size 后，从链表的第一个开始遍历（size - index）个，就找到了倒数第 index 个节点
	//5. 如果找到了，则返回该节点，否则返回 null
	public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {
		//1.先判断链表是否为空
		if(head.next == null) {
			return null;//没有找到
		}
		//2.第一次遍历整个单链表得到链表的长度（有效节点个数），直接调用 getLength 方法
		int size = getLength(head);
		//3.第二次遍历 （size - index）个节点，找到倒数第 index 节点并将其返回
		//（1）先做一个 index 的校验，因为不存在倒数第0个、第-1个、倒数第6个（加入链表长度为5）节点
		if(index <= 0 || index > size) {//越界
			return null;
		}
		//（2）定义一个辅助节点 cur ，用 for 循环定位到倒数第 index 个节点
		HeroNode cur = head.next;
		for(int i = 0; i < size - index; i++) {
			cur = cur.next;
		}
		return cur;
	}
	
	//8.反转链表
	//思路
	//1. 先定义一个节点 reverseHead
	//2. 从头到尾遍历原来的链表，每遍历一个节点，就将其取出，并放在新的链表头节点 reverseHead 的最前端
	//3. 最后，让原链表的头节点指向 reverseHead ，即 head.next = reverseHead.next
	public static void reverseList(HeroNode head) {
		//1.如果当前链表为空，或者只有一个节点，则无需反转，直接返回
		if(head.next == null || head.next.next == null) {
			return;//结束方法
		}
		//2.定义一个辅助的节点（当成指针用）,帮助遍历原来的链表
		HeroNode cur = head.next;
		HeroNode next = null;//指向当前节点 cur 的下一个节点
		HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
		//遍历原链表，每遍历一个节点，就将其取出，放到新链表的 reverseHead 的最前端
		while(cur != null) {
			next = cur.next;//先暂时保存当前节点 cur 的下一个节点，因为后面需要使用到
			cur.next = reverseHead.next;//将当前节点 cur 指向新链表的首节点（不算头节点）
			reverseHead.next = cur;//将新链表的头节点 reverseHead 指向原链表中的当前节点 cur
			cur = next;//让 cur 后移
		}
		//将 head.next 指向 reverseHead.next ， 实现单链表的反转
		head.next = reverseHead.next;
	}
}

//二、定义 HeroNode，每个 HeroNode 对象代表一个节点
class HeroNode{
	public int no;//排名
	public String name;//名字
	public String nickname;//昵称
	public HeroNode next;//指向下一个节点
	
	//1.创建HeroNode对象的构造器
	public HeroNode(int no, String name, String nickname) {
		this.no = no;
		this.name = name;
		this.nickname = nickname;
	}

	//2.为了显示方便，重写toString方法
	@Override
	public String toString() {
		return "HeroNode [排名 = " + no + ", 姓名 = " + name + ", 绰号 = " + nickname + "]";
	}
}

二、结果2（链表头节点不是首节点）

开始测试... ... ... ... ...
反转之前的链表：
HeroNode [排名 = 1, 姓名 = 宋江, 绰号 = 及时雨]
HeroNode [排名 = 3, 姓名 = 吴用, 绰号 = 智多星]
HeroNode [排名 = 2, 姓名 = 卢俊义, 绰号 = 玉麒麟]
HeroNode [排名 = 4, 姓名 = 公孙胜, 绰号 = 入云龙]
HeroNode [排名 = 5, 姓名 = 关胜, 绰号 = 大刀]
反转之后的链表：
HeroNode [排名 = 5, 姓名 = 关胜, 绰号 = 大刀]
HeroNode [排名 = 4, 姓名 = 公孙胜, 绰号 = 入云龙]
HeroNode [排名 = 2, 姓名 = 卢俊义, 绰号 = 玉麒麟]
HeroNode [排名 = 3, 姓名 = 吴用, 绰号 = 智多星]
HeroNode [排名 = 1, 姓名 = 宋江, 绰号 = 及时雨]

三、代码（链表头节点是首节点）

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        //1.如果链表为空，或者只有一个节点，则不反转，直接返回原链表的head
        if(head == null || head.next == null){
            return head;
        }
        //2.定义辅助节点
        ListNode cur = head;
        ListNode next = null;
        ListNode reverseHead = new ListNode(0);
        //3.遍历原链表，每遍历一个节点，就将其取出，放到新链表的 reverseHead 后面的第一个位置
        while(cur != null){
            next = cur.next;
            cur.next = reverseHead.next;
            reverseHead.next = cur;
            cur = next;
        }
        return reverseHead.next;
    }
}