链表(两两交换链表中的节点)(2)

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上节课连接

一.题目

二.思路讲解

2.1 思路讲解

首先，题目要求我们交换链表中的相邻节点 ，比如将第1个和第2个节点交换，第3个和第4个节点交换，以此类推。这里有一个关键点：我们不能只交换节点的值 ，而必须通过改变节点的指针指向来实现真正的节点交换，因为链表的结构决定了节点本身的位置关系。

在操作链表时，为了避免处理头节点时的边界问题，我们通常需要引入一个虚拟头节点（也叫哨兵位）。这个虚拟头节点指向原链表的第一个节点，这样在交换前两个节点时，我们可以统一地使用一套逻辑，而不需要单独判断头节点的情况。

接下来，我们分析如何交换两个相邻节点。假设我们要交换节点 A 和 B ，其中 A 是 B 的前驱。那么我们需要关注四个关键节点：

prev ：指向 A 的前一个节点（对于头节点，prev 就是虚拟头节点）。
cur ：指向要交换的左节点 A。
next1 ：指向要交换的右节点 B。
next2 ：指向 B 的下一个节点，即交换后需要接上的后续部分。

有了这四个节点，我们就可以进行指针的重新连接。具体步骤是：

将 prev 的 next 指向 B ，这样 B 成为新的左节点。
将 cur 的 next 指向 next2 ，因为 A 要换到后面，它应该指向原来的后续部分。
将 B 的 next 指向 cur ，这样 B 后面就接上了 A。

完成这两个节点的交换后，我们需要继续处理下一对相邻节点。此时，原来的 cur （即现在的 A ）已经成为了这一对的后一个节点，而下一对要交换的是 A 后面的两个节点。因此，我们需要更新四个指针的位置：

新的 prev 应该指向当前这一对的后一个节点，即 cur。
新的 cur 应该指向 next2（即下一对的第一个节点）。
新的next1 应该指向cur->next
新的next2 应该指向next1->next

三.代码演示

cpp 复制代码

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * 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:
    ListNode* swapPairs(ListNode* head)
    {
        //如果没有两个节点那么无法交换
        if(head == nullptr || head->next == nullptr)
            return head;

        ListNode* new_head = new ListNode;
        new_head->next = head;//让虚拟头节点和头节点连接
        ListNode* prev = new_head;//父节点
        ListNode* cur = head;//要交换的左边节点
        ListNode* next1 = head->next;//要交换的右边节点
        ListNode* next2 = next1->next;//右边节点的下一个节点

        while (cur != nullptr && next1 != nullptr)
        {
            //交换左右节点
            prev->next = next1;//父和右连接
            next1->next = cur;//右和左连接
            cur->next = next2;//左和右边界的下一个节点连接

            prev = cur;
            cur = next2;
            if(cur != nullptr)
                next1 = next2->next;
            if (next1 != nullptr)
                next2 = next1->next;
        }
        return new_head->next;
    }

};

四.代码讲解

一、虚拟头节点与边界判断

在链表操作中，为了统一处理头节点的特殊情况，我们首先创建一个虚拟头节点 new_head，并将其 next 指向原链表的头节点 head。这样，无论头节点是否参与交换，我们都可以用一套逻辑操作。同时，我们检查链表是否至少有两个节点：如果 head == nullptr 或 head->next == nullptr，则无法交换，直接返回原链表。

二、初始化四个关键指针

我们需要记录交换过程中涉及的四个关键节点：

prev ：指向当前要交换的两个节点的前一个节点，初始化为虚拟头节点 new_head。
cur ：指向要交换的左节点，初始化为 head（即第一个节点）。
next1 ：指向要交换的右节点，初始化为 head->next（即第二个节点）。
next2 ：指向右节点的下一个节点，即交换后需要接上的后续链表，初始化为 next1->next。

这四个指针的初始状态正好对应第一对节点（节点1和节点2）及其前后关系。

三、循环交换每一对节点

进入 while 循环，条件为 cur != nullptr && next1 != nullptr ，即当前还有一对节点可以交换（左节点和右节点都存在）。在循环体内，执行以下三步完成交换：

将 prev 的 next 指向 next1 这一步让前一节点直接指向右节点，使得右节点成为新的左端。
将 next1->next 指向 cur 这一步让右节点指向左节点，完成两个节点的反转。
将 cur->next 指向 next2 这一步让左节点指向原来的后续链表，保证链表不断开。

经过这三步，原来的 cur（左节点）和 next1（右节点）位置互换，且链表连接正确。

四、更新指针准备下一轮交换

交换完成后，我们需要将四个指针移动到下一对节点的位置，以便继续处理。更新顺序如下：

prev = cur ：因为 cur 现在已经是这一对中靠后的节点，下一对的前一个节点就是它。
cur = next2 ：next2 原本是下一段的开头，现在作为下一对的左节点。
接着，需要重新确定 next1 和 next2：
- 如果 cur 不为空，则 next1 = cur->next（即下一对的右节点）。
- 如果 next1 不为空，则 next2 = next1->next（即再下一个节点）。

注意，这里需要先判断 cur 是否为空，再取 cur->next，防止空指针访问。同样，next1 可能为空，也需要判断后赋值 next2。这种逐步更新的方式保证了指针始终有效。

五、循环结束与返回

当 cur 或 next1 为 nullptr 时，说明没有更多可交换的节点（可能是只剩一个节点或已到末尾），循环结束。最后，返回 new_head->next，即虚拟头节点的下一个节点，也就是交换后链表的新头节点。

六、关键细节

虚拟头节点的必要性：避免了在交换头两个节点时需要单独处理前驱为空的边界，使代码统一简洁。
四个指针的精确维护 ：交换过程中，必须确保每一步指针的修改不会丢失后续链表的引用，特别是 next2 的提前保存至关重要。
循环条件的动态性 ：每次交换后，cur 和 next1 都可能变为空，因此循环条件在每次迭代前判断，确保安全。
指针更新的顺序 ：先移动 prev 和 cur，再根据新的 cur 重新获取 next1 和 next2，这种顺序保证了指针的连续性。