怎样就地反转单链表？

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@Author: 张海拔

@Update: 2014-01-23

@Link: http://www.cnblogs.com/zhanghaiba/p/3531439.html

 

/*
 *Author: ZhangHaiba
 *Date: 2014-1-23
 *File: single_linked_list_reverse.c
 *
 *a demo shows how to reverse a single_linked_list in-place
 */


#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>
#define INF 0x7fffffff
#define CMD_LNE 128

typedef struct node* link;
typedef struct node {
    int item;
    link next;
}node;

//public
link NODE(int item, link next);
void list_reverse1(link head);
void list_reverse2(link head);
link list_create(int n);
void list_travel(link head);
void list_destroy(link head);

int main(void)
{
    int n;

    scanf("%d", &n);
    link list_a = list_create(n);
    printf("Travel a_list: \n");
    list_travel(list_a);
    list_reverse1(list_a);
    printf("Travel a_list after reverse: \n");
    list_travel(list_a);
    list_reverse2(list_a);
    printf("Travel a_list after reverse again: \n");
    list_travel(list_a);
    return 0;
}

//think as head insert
void list_reverse1(link head)
{
    link p = head->next;

    head->next = NULL;
    while (p != NULL) {
        link save = p->next;
        p->next = head->next;
        head->next = p;
        p = save;
    }
}

//think as swap node in-place
void list_reverse2(link head)
{
    link begin = head;
    link end = head->next;

    while (end->next != NULL) {
        link save = end->next;
        end->next = save->next;
        save->next = begin->next;
        begin->next = save;
    }
}

link NODE(int item, link next)
{
    link born = malloc(sizeof (node));
    born->item = item;
    born->next = next;
    return born;
}

//create by 'tail insert'
link list_create(int n)
{
    int i, item;
    link head = NODE(INF, NULL);
    link tail = head;

    for (i = 0; i < n; ++i) {
        scanf("%d", &item);
        tail->next = NODE(item, NULL);
        tail = tail->next;
    }
    return head;
}

void list_travel(link head)
{
    for (head = head->next; head != NULL; head = head->next)
        printf(head->next == NULL ? "%d\n" : "%d ", head->item);
}

void list_destroy(link head)
{
    head->next == NULL ? free(head) : list_destroy(head->next);
}

 

测试示范：

ZhangHaiba-MacBook-Pro:code apple$ ./a.out
8
43 534 423 4346 63 52336 31 5
Travel a_list: 
43 534 423 4346 63 52336 31 5
Travel a_list after reverse: 
5 31 52336 63 4346 423 534 43
Travel a_list after reverse again: 
43 534 423 4346 63 52336 31 5

 

链表反转问题当然可以通过重新建表，这样做简单明了，但空间复杂度是O(n)，为了更优，一般要求就地反转，即要求空间复杂度为O(1)。

这里给出两种实现

（1）第一种实现思路是：因为头插法建表是逆序的，可以在遍历链表的同时，边逐个摘出节点，边逐个插入头节点后面（头插法），这样就不需要有辅助空间了。

首先设p指向第一个有效节点(p = head->next)，再分离出头节点，即设头结点下一个节点为空(head->next = NULL)。

为了能成功遍历，先保存p的next指针即save = p->next，然后头插：p->next = head->next，head->next = p，最后p = save得以继续遍历后面的链表。

（2）第二种实现思路是：因为只有一个节点的链表既是正序的又是逆序的，即规模为1时已有解。

那么可以把前面已经逆序的那段链表A看做一个整体，然后A与A的下一个节点B交换位置就可以形成规模加1的反转链表A。 

为使思路清晰，首先要知道链表操作的实质，即前驱节点的指针决定了其后继节点是谁。

要交换A，意味着要知道A的前驱节点，所以设A的开始指针为head，A的结束指针为head->next（指向A链表的最后一个元素）。

不难推断，当且仅当A链表的规模==原链表规模时，即结束指针end->next == NULL时，原链表的就地反转完毕。

交换过程可以画图辅助分析。

link save = end->next，end->next = save->next, save->next = begin->next; begin->next = save;

首先保存指向B的指针，然后A的后继节点设为B的后续节点，再将B的后继节点指向A链表的第一个有效元素(begin->next)，此时A链表表头应指向B，

即A的前驱节点的next不再指向原来的A链表，而是指向B节点，此时A和B的后续都已正确设置完毕。

 

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