力扣hot100-206反转链表

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#include <iostream>
#include <vector>

// 定义链表节点结构体
struct ListNode {
    int val;
    ListNode *next;
    ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
    ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
};

class Solution {
public:
    /**
     * 反转单链表 - 迭代法
     * * 算法思路：
     * 1. 定义两个指针：prev (前驱节点) 和 curr (当前节点)。
     * 2. 初始化 prev 为 nullptr，curr 为 head。
     * 3. 遍历链表，每次循环中：
     * a. 先暂存 curr 的下一个节点 (nextTemp)，因为改变指向后会丢失后续节点。
     * b. 将 curr->next 指向 prev，完成当前节点的反转。
     * c. 将 prev 和 curr 分别向后移动一步。
     * 4. 循环结束后，prev 将指向原链表的尾部（即新链表的头部），返回 prev。
     */
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        ListNode* prev = nullptr;
        ListNode* curr = head;
        
        while (curr != nullptr) {
            ListNode* nextTemp = curr->next; // 1. 暂存后继节点
            curr->next = prev;               // 2. 修改引用指向前驱
            prev = curr;                     // 3. prev 向后移动
            curr = nextTemp;                 // 4. curr 向后移动
        }
        
        return prev; // 返回新的头节点
    }
};

// --- 以下是辅助函数，用于测试代码 ---

// 辅助函数：根据数组创建链表
ListNode* createList(const std::vector<int>& vals) {
    if (vals.empty()) return nullptr;
    ListNode* head = new ListNode(vals[0]);
    ListNode* curr = head;
    for (size_t i = 1; i < vals.size(); ++i) {
        curr->next = new ListNode(vals[i]);
        curr = curr->next;
    }
    return head;
}

// 辅助函数：打印链表
void printList(ListNode* head) {
    ListNode* curr = head;
    std::cout << "[";
    while (curr != nullptr) {
        std::cout << curr->val;
        if (curr->next != nullptr) std::cout << ", ";
        curr = curr->next;
    }
    std::cout << "]" << std::endl;
}

// 辅助函数：释放链表内存
void deleteList(ListNode* head) {
    while (head != nullptr) {
        ListNode* temp = head;
        head = head->next;
        delete temp;
    }
}

int main() {
    Solution solution;

    // 示例 1
    std::cout << "示例 1:" << std::endl;
    std::vector<int> v1 = {1, 2, 3, 4, 5};
    ListNode* l1 = createList(v1);
    std::cout << "输入: "; printList(l1);
    ListNode* res1 = solution.reverseList(l1);
    std::cout << "输出: "; printList(res1);
    deleteList(res1);
    std::cout << "-------------------" << std::endl;

    // 示例 2
    std::cout << "示例 2:" << std::endl;
    std::vector<int> v2 = {1, 2};
    ListNode* l2 = createList(v2);
    std::cout << "输入: "; printList(l2);
    ListNode* res2 = solution.reverseList(l2);
    std::cout << "输出: "; printList(res2);
    deleteList(res2);
    std::cout << "-------------------" << std::endl;

    // 示例 3 (空链表)
    std::cout << "示例 3:" << std::endl;
    std::vector<int> v3 = {};
    ListNode* l3 = createList(v3);
    std::cout << "输入: "; printList(l3);
    ListNode* res3 = solution.reverseList(l3);
    std::cout << "输出: "; printList(res3); // 应该输出 []
    deleteList(res3);

    return 0;
}

代码解析

核心逻辑 (reverseList 函数):
- 我们定义了 prev (初始化为 nullptr) 和 curr (初始化为 head)。
- 在 while 循环中，核心步骤是 curr->next = prev，这一步实际上切断了原来的链接并建立了反向链接。
- 最后返回 prev，因为当循环结束时，curr 变成了 nullptr，而 prev 正好停在原链表的最后一个节点（也就是新链表的头节点）。
复杂度分析:
- 时间复杂度: $O(n)$ ，其中 $n$ 是链表的长度。我们需要遍历链表一次。
- 空间复杂度: $O(1)$ 。我们只使用了几个指针变量，没有使用与链表长度相关的额外空间。