代码随想录：链表篇

203. 移除链表元素

题目核心要求

删除链表中所有值等于给定值 val 的节点，返回处理后的链表头节点；若链表为空或所有节点值均为 val，返回空。

示例

• 输入：head = [1,2,6,3,4,5,6], val = 6 → 输出：[1,2,3,4,5]；
• 输入：head = [7,7,7,7], val = 7 → 输出：[]。

前置说明（链表节点定义）

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) {}
};

核心解法

解法1：直接操作原链表（需单独处理头结点）

核心思路

1. 先循环删除所有值为 val 的头结点（头结点无前置节点，需特殊处理）；
2. 遍历链表，通过前置节点的 next 跳过非头结点中值为 val 的节点；
3. 释放被删除节点的内存，避免内存泄漏。

• 时间复杂度：O(n)，空间复杂度：O(1)。

C++ 代码

class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        // 处理头结点（可能连续多个val）
        while (head != nullptr && head->val == val) {
            ListNode* tmp = head;
            head = head->next;
            delete tmp; // 释放内存
        }

        // 处理非头结点
        ListNode* cur = head;
        while (cur != nullptr && cur->next != nullptr) {
            if (cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp; // 释放内存
            } else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        return head;
    }
};

---

解法2：虚拟头结点法（推荐，统一处理所有节点）

核心思路

1. 创建虚拟头结点 dummyHead 指向原链表头，让所有节点（包括原头结点）都能通过「前置节点→next」统一删除；
2. 遍历链表完成删除后，释放虚拟头结点，返回 dummyHead->next 作为新头。

• 优势：无需区分头结点和普通节点，逻辑更简洁。
• 时间复杂度：O(n)，空间复杂度：O(1)。

C++ 代码

class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0); // 虚拟头结点
        dummyHead->next = head;
        ListNode* cur = dummyHead;

        while (cur->next != nullptr) {
            if (cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp; // 释放内存
            } else {
                cur = cur->next;
            }
        }

        head = dummyHead->next;
        delete dummyHead; // 释放虚拟头结点
        return head;
    }
};

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## 总结
1. 直接操作原链表需**单独处理头结点**，无额外节点开销但逻辑稍繁琐；
2. 虚拟头结点法**统一所有节点的删除逻辑**，是工程中更推荐的写法。

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707. 设计链表

核心需求复述

完成单链表的核心设计：包含 get、addAtHead、addAtTail、addAtIndex、deleteAtIndex 五个接口，要求逻辑清晰、无冗余代码，同时处理内存泄漏问题。

核心实现（单链表 + 虚拟头结点）

C++ 代码

#include <iostream>
using namespace std;

// 链表节点结构体
struct LinkedNode {
    int val;
    LinkedNode* next;
    LinkedNode(int v) : val(v), next(nullptr) {}
};

class MyLinkedList {
private:
    int _size;          // 链表有效节点数（简化索引判断）
    LinkedNode* _dummy; // 虚拟头结点（统一所有节点操作）

public:
    // 初始化：虚拟头结点 + 空链表
    MyLinkedList() : _size(0), _dummy(new LinkedNode(0)) {}

    // 获取第index个节点值，索引无效返回-1
    int get(int index) {
        if (index < 0 || index >= _size) return -1;
        LinkedNode* cur = _dummy->next;
        while (index--) cur = cur->next;
        return cur->val;
    }

    // 头部插入节点
    void addAtHead(int val) {
        LinkedNode* node = new LinkedNode(val);
        node->next = _dummy->next;
        _dummy->next = node;
        _size++;
    }

    // 尾部插入节点
    void addAtTail(int val) {
        LinkedNode* node = new LinkedNode(val);
        LinkedNode* cur = _dummy;
        while (cur->next) cur = cur->next;
        cur->next = node;
        _size++;
    }

    // 指定索引前插入节点（index<0插头部，>size不插，=size插尾部）
    void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > _size) return;
        if (index < 0) index = 0;
        LinkedNode* node = new LinkedNode(val);
        LinkedNode* cur = _dummy;
        while (index--) cur = cur->next;
        node->next = cur->next;
        cur->next = node;
        _size++;
    }

    // 删除指定索引节点（索引无效则不操作）
    void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= _size) return;
        LinkedNode* cur = _dummy;
        while (index--) cur = cur->next;
        LinkedNode* tmp = cur->next;
        cur->next = tmp->next;
        delete tmp; // 释放内存
        tmp = nullptr; // 避免野指针
        _size--;
    }

    // 析构函数：释放所有节点内存
    ~MyLinkedList() {
        LinkedNode* cur = _dummy;
        while (cur) {
            LinkedNode* tmp = cur;
            cur = cur->next;
            delete tmp;
        }
    }
};

关键逻辑解释

核心接口	精简设计思路
虚拟头结点 _dummy	无需单独处理头结点的插入/删除，所有操作统一通过「前驱节点」完成，代码量减少50%；
_size 成员变量	直接通过 _size 判断索引合法性（如 index >= _size），避免遍历链表求长度；
内存管理	析构函数遍历释放所有节点，删除节点时即时释放内存并置空指针，避免内存泄漏；
索引处理	addAtIndex 中自动修正负数索引为0，无需额外分支，逻辑更简洁；

关键点总结

1. 虚拟头结点是核心：统一头结点和普通节点的操作逻辑，是链表设计的最优实践；
2. _size 简化索引判断：无需遍历链表验证索引有效性，时间复杂度从 O(n) 降为 O(1)；
3. 内存安全不可少：析构函数和删除节点时的内存释放是工业级代码的基本要求，避免内存泄漏。

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206. 反转链表

核心需求复述

完成单链表反转的核心逻辑，包含双指针法（最优）和递归法两种主流解法。

一、双指针法（最优解）

精简代码

// 链表节点定义（力扣环境已内置，本地测试需补充）
struct ListNode {
    int val;
    ListNode* next;
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
};

class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        ListNode *pre = nullptr, *cur = head, *tmp;
        while (cur) {
            tmp = cur->next;  // 保存后继节点，避免链表断裂
            cur->next = pre;  // 反转当前节点指向
            pre = cur;        // 前驱指针后移
            cur = tmp;        // 当前指针后移
        }
        return pre;  // 循环结束后pre指向新头结点
    }
};

关键逻辑解释

1. 核心思想 ：仅通过改变 next 指针方向实现反转，不新建链表（空间复杂度 O(1)）；
2. 指针分工 ：
   • pre：指向「已反转部分」的尾节点（初始为空）；
   • cur：指向「待反转部分」的头节点（初始为原链表头）；
   • tmp：临时保存 cur->next，避免反转后丢失后继节点；
3. 循环终止条件 ：cur == nullptr（遍历完所有节点），此时 pre 指向新头结点。

二、递归法（精简版）

写法1：与双指针法逻辑一致（从前往后反转）

class Solution {
private:
    ListNode* reverse(ListNode* pre, ListNode* cur) {
        if (!cur) return pre;          // 递归终止：cur为空，返回pre（新头）
        ListNode* tmp = cur->next;
        cur->next = pre;               // 反转当前节点
        return reverse(cur, tmp);      // 递归传递：pre=cur，cur=tmp
    }
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        return reverse(nullptr, head); // 初始化：pre=null，cur=head
    }
};

三、核心对比（双指针 vs 递归）

解法	时间复杂度	空间复杂度	优势	适用场景
双指针法	O(n)	O(1)	空间最优、逻辑直观	工程实践（无栈开销）
递归法	O(n)	O(n)	代码简洁、思想抽象	算法面试（考察递归思维）

四、关键点总结

1. 双指针法是最优解：仅用3个指针完成反转，空间复杂度 O(1)，是工业级首选；
2. 反转核心逻辑 ：先保存 cur->next，再将 cur->next 指向 pre，最后移动 pre 和 cur；
3. 递归法本质 ：
   • 递归模拟双指针的循环过程，逻辑完全一致；
4. 边界处理：空链表/单节点链表直接返回，避免空指针访问。

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24. 两两交换链表中的节点

核心需求复述

你需要一个简洁、易理解、无冗余的 C++ 实现，完成「两两交换链表相邻节点」的核心逻辑，要求严格遵循「实际交换节点（不修改值）」的规则，使用虚拟头结点简化操作，同时保证代码高效且无内存泄漏。

一、C++代码

// 链表节点定义（力扣环境已内置，本地测试需补充）
struct ListNode {
    int val;
    ListNode* next;
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
};

class Solution {
public:
    ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
        ListNode* dummy = new ListNode(0); // 虚拟头结点
        dummy->next = head;
        ListNode* cur = dummy;
        
        // 确保有两个节点可交换
        while (cur->next && cur->next->next) {
            ListNode* tmp1 = cur->next;          // 保存第一个待交换节点
            ListNode* tmp2 = cur->next->next->next; // 保存交换后的后继节点
            
            // 三步核心交换：cur→B→A→C
            cur->next = cur->next->next;    // 步骤1：cur 指向第二个节点（B）
            cur->next->next = tmp1;         // 步骤2：B 指向第一个节点（A）
            tmp1->next = tmp2;              // 步骤3：A 指向原本B的后继（C）
            
            cur = cur->next->next;          // cur后移两位，处理下一组
        }
        
        ListNode* res = dummy->next;        // 保存结果（避免dummy释放后丢失）
        delete dummy;                       // 释放虚拟头结点（避免内存泄漏）
        return res;
    }
};

二、关键逻辑解释

1. 核心思路

假设当前链表为：dummy → A → B → C → D，目标是交换 A 和 B，得到 dummy → B → A → C → D：

• tmp1 = A（保存第一个待交换节点）；
• tmp2 = C（保存 B 的后继节点，避免交换后丢失）；
• 步骤1：cur->next = B → dummy → B；
• 步骤2：B->next = A → dummy → B → A；
• 步骤3：A->next = C → dummy → B → A → C → D；
• cur 移到 A（cur = B->next），准备交换 C 和 D。

2. 精简优化点

• 合并冗余变量：仅保留 tmp1/tmp2，语义更清晰；
• 简化循环条件：cur->next && cur->next->next 等价于完整判空写法，代码更短；
• 步骤3精简：直接操作保存的节点，逻辑更直观。

3. 边界处理

• 空链表/单节点链表：循环条件不满足，直接返回原链表；
• 奇数节点链表：最后一个节点无需交换，自然保留。

三、时间/空间复杂度

• 时间复杂度：O(n)，仅遍历链表一次，每个节点仅处理一次；
• 空间复杂度：O(1)，仅使用固定数量的临时指针，无额外空间开销。

四、关键点总结

1. 虚拟头结点是核心：避免单独处理头结点交换，统一所有节点的操作逻辑；
2. 临时指针必保存 ：tmp1 保存第一个节点，tmp2 保存后继节点，避免链表断裂；
3. 交换顺序不能乱：严格遵循「cur指向B → B指向A → A指向C」的三步顺序；
4. 内存管理要注意：释放虚拟头结点，避免内存泄漏（工程规范要求）。

易错点提醒

• 不要遗漏 delete dummy：虚拟头结点是动态分配的，必须手动释放；
• 循环条件必须同时判断 cur->next 和 cur->next->next：避免空指针访问；
• 不能仅修改节点值：必须通过调整 next 指针交换节点，符合题目要求。

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19. 删除链表的倒数第N个节点

核心需求复述

你需要一个简洁、易理解的 C++ 实现，通过一趟扫描（双指针法）完成删除链表倒数第n个节点的逻辑，要求使用虚拟头结点简化头节点删除场景，保证代码高效且符合工程规范。

一、C++代码

struct ListNode {
    int val;
    ListNode* next;
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
};

class Solution {
public:
    ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
        ListNode* dummy = new ListNode(0);
        dummy->next = head;
        ListNode *fast = dummy, *slow = dummy;

        // fast先走n步
        while (n--) fast = fast->next;
        // fast再走1步，让slow最终指向删除节点的前驱
        fast = fast->next;
        
        // 同步移动至fast到链表末尾
        while (fast) {
            fast = fast->next;
            slow = slow->next;
        }

        // 删除目标节点并释放内存
        ListNode* tmp = slow->next;
        slow->next = tmp->next;
        delete tmp;

        // 释放虚拟头结点，避免内存泄漏
        ListNode* res = dummy->next;
        delete dummy;
        return res;
    }
};

二、关键逻辑解释

1. 核心思路（双指针+虚拟头结点）

目标：删除倒数第n个节点，需让slow指向该节点的前驱（方便删除操作），核心步骤：

• 虚拟头结点dummy：统一处理「删除头节点」和「删除中间节点」的逻辑，无需单独判断；
• fast先走n+1步：拆分为「先走n步 + 再走1步」，确保后续同步移动后，slow停在删除节点的前驱；
• 同步移动fast和slow：直到fast为nullptr，此时slow->next即为待删除节点；
• 删除节点：修改slow->next指向，并释放待删除节点的内存。

2. 执行流程示例（输入：1→2→3→4→5，n=2）

1. 初始化：dummy→1→2→3→4→5，fast=dummy，slow=dummy；
2. fast先走2步：fast指向2（n从2减至0）；
3. fast再走1步：fast指向3；
4. 同步移动：fast走到5→null，slow走到3；
5. 删除slow->next（4）：3->next=5，最终链表为1→2→3→5。

3. 边界场景处理

• 单节点链表（1→null，n=1）：
  fast先走1步到1，再走1步到null；同步循环不执行，slow指向dummy，删除1后返回null；
• 删除头节点（1→2→null，n=2）：
  fast先走2步到2，再走1步到null；同步循环不执行，slow指向dummy，删除1后返回2。

三、时间/空间复杂度

• 时间复杂度：O(n)，仅遍历链表一次（一趟扫描）；
• 空间复杂度：O(1)，仅使用固定数量的临时指针，无额外空间开销。

四、关键点总结

1. 虚拟头结点是核心：避免单独处理头节点删除的特殊逻辑；
2. fast先走n+1步 ：拆分两步实现（先走n步+再走1步），确保slow指向删除节点的前驱；
3. 内存管理不可少：释放待删除节点和虚拟头结点，避免内存泄漏；
4. 一趟扫描实现：双指针仅遍历链表一次，满足进阶要求。

易错点提醒

• 不要遗漏fast额外走的1步：否则slow会指向待删除节点，而非前驱；
• 必须释放动态分配的节点：new创建的dummy和待删除节点需手动delete；
• 题目保证n有效（1≤n≤链表长度），无需额外判断n的合法性。

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142. 环形链表 II

你需要解决的问题是：找到链表中环的入口节点，无环则返回 null，且不能修改原链表。核心思路是用快慢指针先判断是否有环，再通过数学推导找到环的入口。

核心解法（代码+关键思路）

1. 核心逻辑

• 判环：快慢指针（fast 走2步，slow 走1步），若相遇则链表有环；
• 找入口：相遇后，从头节点和相遇点各放一个指针（均走1步），相遇处即为环的入口。

2. 数学推导（精简）

设：头节点到入口距离为 x，入口到相遇点距离为 y，相遇点到入口距离为 z。

相遇时：fast 走了 x + y + n(y+z)，slow 走了 x + y；

由 fast = 2*slow 得：x = (n-1)(y+z) + z；

当 n=1 时，x=z → 头节点和相遇点指针同步走，相遇即入口。

3. C++代码

class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        ListNode *fast = head, *slow = head;
        // 1. 快慢指针判环
        while (fast && fast->next) {
            slow = slow->next;
            fast = fast->next->next;
            // 2. 找到相遇点后，双指针找入口
            if (slow == fast) {
                ListNode *p = head;
                while (p != slow) {
                    p = p->next;
                    slow = slow->next;
                }
                return p;
            }
        }
        return NULL; // 无环
    }
};

总结

1. 判环：快慢指针（2步/1步）相遇则有环，时间复杂度 O(n)；
2. 找入口：相遇点与头节点同步走（均1步），相遇处即环入口；
3. 空间复杂度：O(1)，仅用常量指针，无额外空间。