LeetCode 21. 合并两个有序链表（C语言详解 | 链表经典题）

一、题目描述

给定两个 按非递减顺序排列 的链表 list1 和 list2，将它们合并为一个新的 升序链表 并返回。

新链表是通过 拼接给定的两个链表的所有节点组成的。

示例 1：

输入：l1 = [1,2,4], l2 = [1,3,4]
输出：[1,1,2,3,4,4]

示例 2：

输入：l1 = [], l2 = []
输出：[]

示例 3：

输入：l1 = [], l2 = [0]
输出：[0]

提示：

• 两个链表的节点数目范围是 [0, 50]

• -100 <= Node.val <= 100

• l1 和 l2 均按 非递减顺序 排列

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二、解题思路

由于两个链表已经是 有序链表 ，我们可以使用 双指针思想 来解决。

思路如下：

1. 创建一个 虚拟头节点 dummy，用于简化链表操作。

2. 定义一个指针 cur 指向当前新链表的末尾。

3. 同时遍历 list1 和 list2：

   • 比较两个节点的值

   • 将较小的节点接到新链表后面

   • 移动对应链表指针

4. 当其中一个链表遍历结束时，直接把 剩余链表接到新链表末尾。

示意过程：

list1: 1 -> 2 -> 4
list2: 1 -> 3 -> 4

比较过程：

1 vs 1  -> 取 list1
2 vs 1  -> 取 list2
2 vs 3  -> 取 list1
4 vs 3  -> 取 list2
4 vs 4  -> 取 list1
剩余 -> 接上 list2

最终结果：

1 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 4

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三、C语言代码实现

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */

struct ListNode* mergeTwoLists(struct ListNode* list1, struct ListNode* list2) {

    // 创建虚拟头节点
    struct ListNode dummy;
    struct ListNode *cur = &dummy;
    dummy.next = NULL;

    // 同时遍历两个链表
    while(list1 != NULL && list2 != NULL)
    {
        if(list1->val <= list2->val)
        {
            cur->next = list1;
            list1 = list1->next;
        }
        else
        {
            cur->next = list2;
            list2 = list2->next;
        }

        cur = cur->next;
    }

    // 连接剩余链表
    if(list1 != NULL)
        cur->next = list1;
    else
        cur->next = list2;

    return dummy.next;
}

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四、复杂度分析

时间复杂度

O(n + m)

• n 为 list1 的长度

• m 为 list2 的长度

每个节点最多访问一次。

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空间复杂度

O(1)

只使用了几个指针变量，没有额外空间开销。

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五、为什么使用虚拟头节点？

如果不使用 dummy，新链表的 第一个节点需要单独处理。

例如：

head = list1 or list2 ?

代码逻辑会变复杂。

使用虚拟头节点后：

dummy -> 1 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 4

最终返回：

dummy.next

这样可以统一处理所有节点，代码更加简洁清晰。

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六、递归解法（扩展）

除了迭代方法，还可以使用 递归 来实现。

思路：

• 如果 list1 较小，则 list1->next 与 list2 继续合并

• 如果 list2 较小，则 list2->next 与 list1 继续合并

代码如下：

struct ListNode* mergeTwoLists(struct ListNode* list1, struct ListNode* list2) {

    if(list1 == NULL) return list2;
    if(list2 == NULL) return list1;

    if(list1->val < list2->val)
    {
        list1->next = mergeTwoLists(list1->next, list2);
        return list1;
    }
    else
    {
        list2->next = mergeTwoLists(list1, list2->next);
        return list2;
    }
}

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七、总结

本题是 链表中的经典基础题目，核心思想是：

⭐ 双指针 + 有序链表合并

关键点：

• 使用 虚拟头节点简化操作

• 每次选择 较小节点接入新链表

• 最后连接 剩余链表

时间复杂度：

O(n + m)

空间复杂度：

O(1)

这道题也是很多链表题目的基础，例如：

• 23. 合并 K 个升序链表

• 148. 排序链表

• 归并排序链表

掌握这道题，对于理解 链表合并思想 非常重要。

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