单链表反转的分析及实现

单链表反转的分析及实现

• 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：

01 /* 单链表反转/逆序 */
02 Status ListReverse(LinkList L)
03 {
04     LinkList current,pnext,prev;
05     if(L == NULL || L->next == NULL)
06         return L;
07     current = L->next;  /* p1指向链表头节点的下一个节点 */
08     pnext = current->next;
09     current->next = NULL;
10     while(pnext)
11     {
12         prev = pnext->next;
13         pnext->next = current;
14         current = pnext;
15         pnext = prev;
16         printf("交换后：current = %d,next = %d \n",current->data,current->next->data);
17     }
18     //printf("current = %d,next = %d \n",current->data,current->next->data);
19     L->next = current;  /* 将链表头节点指向p1 */
20     return L;
21 }

• 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。

01 Status ListReverse2(LinkList L)
02 {
03     LinkList current, p;
04
05     if (L == NULL)
06     {
07         return NULL;
08     }
09     current = L->next;
10     while (current->next != NULL)
11     {
12         p = current->next;
13         current->next = p->next;
14         p->next = L->next;
15         L->next = p;
16     }
17     return L;
18 }

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。

01 整体创建L的元素(头插法)：
02 // 原链表，current = 68， pnext = 55，68指向18，55指向18，头结点指向55
03 -> 68 -> 55 -> 18 -> 45 -> 41 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67
04
05 // 第一次交换后，原链表变成这样
06 -> 55 -> 68 -> 18 -> 45 -> 41 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67
07 // 进行第二次交换，pnext = 18，68指向45，18变成头结点
08 -> 18 -> 55 -> 68 -> 45 -> 41 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67
09 // 进行第三次交换，pnext = current->next = 45，68指向41，45变成头结点
10 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 41 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67
11 // ……
12 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 43 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67
13
14 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 5 -> 28 -> 80 -> 67
15
16 -> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 28 -> 80 -> 67
17
18 -> 28 -> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 80 -> 67
19
20 -> 80 -> 28 -> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68 -> 67
21 // current 68 没有后继，反转结束
22 -> 67 -> 80 -> 28 -> 5 -> 43 -> 41 -> 45 -> 18 -> 55 -> 68
23
24
25 反转L后
26 -> 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。

  View Code

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.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);
}
}
return 0;
}

 

有两个方法可以实现单链表的反转：

方法一：

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 
 4 typedef struct Node
 5 {
 6     int data;
 7     struct Node *next; 
 8 }Node; 
 9 Node *head,*p; 
10 
11 Node * ReverseLink(Node *head)
12 {
13     Node *p1, *p2, *p3;
14     if(head==NULL || head->next==NULL)
15         return head;
16     p1=head, p2=p1->next;
17     while(p2)
18     {
19         p3=p2->next;
20         p2->next=p1;
21         p1=p2;
22         p2=p3;
23     }
24     head->next=NULL;
25     head=p1;
26     return head;
27 }
28 
29 void CreateList(int n)
30 {
31     Node *q;  
32     int i;
33     printf("Input %2d data: ",n); 
34     head=(Node *)malloc(sizeof(Node)); 
35     q=head;
36     scanf("%d",&q->data);
37     for(i=2;i<=n;i++)
38     {
39         q->next=(Node *)malloc(sizeof(Node));
40         q=q->next;
41         scanf("%d",&q->data);
42     }
43     q->next=NULL;
44 } 
45 
46 void PrintList() 
47 { 
48     Node *q; 
49     q=head; 
50     while (q!=NULL) 
51     { 
52         printf("%-8d",q->data);
53         q=q->next;
54     }
55     printf("\n");
56 }
57 
58 void main()
59 {
60     CreateList(5);
61     PrintList();
62     head=ReverseLink(head);
63     PrintList();
64 }

 

方法二：

 1 #include <iostream>
 2 #include <assert.h>
 3 using namespace std; 
 4 
 5 struct LNode{    
 6     char data;   
 7     LNode * next;
 8 }; 
 9 
10 LNode * initList()
11 {   
12     LNode *head=new LNode; 
13     LNode *curPtr, *newPtr;  
14     curPtr=head;   
15     int i=0;    
16     char ch='A';   
17     while(i++<10) 
18     {        
19         newPtr=new LNode; 
20         newPtr->data=ch++; 
21         curPtr->next=newPtr;
22         curPtr=newPtr;
23     }    
24     newPtr->next=NULL;
25     return head;
26 } 
27 
28 void print(LNode *head)
29 {    
30     LNode *ptr=head->next;
31     while(ptr != NULL)
32     {        
33         cout << ptr->data << "  ";
34         ptr=ptr->next;
35     }    
36     cout << endl;
37 }  
38 
39 void reverse(LNode *head)
40 {   
41     assert(head != NULL && head->next != NULL);
42     LNode *ptr=head->next->next;
43     head->next->next=NULL;     
44     while(ptr != NULL)   
45     {       
46         LNode *tmp=ptr->next;    
47         ptr->next=head->next;   
48         head->next=ptr;        
49         ptr=tmp;
50     }
51 } 
52 
53 int main()
54 {   
55     LNode *head=initList();  
56     print(head);   
57     cout << "After reverse: " << endl; 
58     reverse(head);   
59     print(head);     
60     system("PAUSE");   
61     return 0;
62 }

 

参考：http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/2241

         http://blog.csdn.net/hyg0811/article/details/11113623

 

 

 

 

 

 

分类:  Algorithm and Date structure,  剑指offer