138. 随机链表的复制

题目描述

给定一个带有 next 指针和 random 指针的链表，要求对链表进行深拷贝，并返回复制链表的头节点。

深拷贝的含义是：复制链表中的每个节点都必须是新创建的节点，不能复用原链表节点。新节点的 val 相同，next 和 random 都要指向复制链表中的对应节点。

random 指针可以指向链表中的任意节点，也可以指向 null。复制时，新节点的 random 不能指回原链表节点。

解题思路

这道题可以用"原地穿插复制节点"的方法来做，不需要额外的哈希表记录原节点和复制节点的映射关系。

核心思想是：把每个复制节点插入到原节点的后面。

原链表：

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1 -> 2 -> 3 -> 4

插入复制节点后：

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

这样一来，任意原节点 cur 的复制节点就是 cur.next。如果 cur.random 不为空，那么 cur.random 对应的复制节点就是：

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cur.random.next

因此可以分三步完成。

第一步：复制节点并插入原节点后面

遍历原链表，对每个原节点 cur 创建一个复制节点 copy，并插入到 cur 后面。

关键点是：修改 cur.next 之前，必须先保存原来的下一个节点。

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Node nxt = cur.next;
cur.next = copy;
copy.next = nxt;
cur = nxt;

这一步之后，链表会从：

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1 -> 2 -> 3

变成：

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1 -> 1' -> 2 -> 2' -> 3 -> 3'

第二步：设置复制节点的 random 指针

穿插完成后，每个原节点的复制节点都在它后面。

如果当前原节点是 cur，那么：

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cur.next

就是当前节点的复制节点。

如果 cur.random 不为空，那么 cur.random.next 就是 cur.random 对应的复制节点，所以可以让：

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cur.next.random = cur.random.next;

注意这里只处理 cur.random != null 的情况。如果原节点的 random 是 null，复制节点的 random 保持默认的 null 即可。

第三步：分离原链表和复制链表

最后要把穿插在一起的链表拆开。

拆分前：

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1 -> 1' -> 2 -> 2' -> 3 -> 3'

拆分后：

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原链表：1 -> 2 -> 3
复制链表：1' -> 2' -> 3'

分离时要同时维护两条链：

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原节点指向下一个原节点
复制节点指向下一个复制节点

对于当前原节点 cur：

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Node copy = cur.next;
Node nextOriginal = copy.next;

其中 nextOriginal 是下一个原节点。

如果 nextOriginal != null，那么下一个复制节点就是：

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nextOriginal.next

所以复制节点应该指向它：

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copy.next = nextOriginal.next;

原节点则恢复为指向下一个原节点：

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cur.next = nextOriginal;

然后继续移动：

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cur = nextOriginal;

易错点

1. 插入复制节点时不能漏掉最后一个节点

第一轮遍历时，循环条件不能写成：

复制代码

cur != null && cur.next != null

这样会导致最后一个原节点没有被复制。

应该以 cur 是否为空作为结束条件。因为即使当前节点是最后一个节点，也仍然需要为它创建复制节点。

2. 改 next 前必须先保存原 next

链表题里最容易出错的地方是修改指针后，原来的路径丢失。

插入复制节点时，应该先保存：

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Node nxt = cur.next;

不能写成：

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Node nxt = copy.next;

因为新创建的 copy.next 初始就是 null。这样会导致只处理完第一个节点，后面的原链表就断了。

这类题要记住一句话：

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链表题改 next 前，先保存原 next。

3. 空链表要提前处理

如果 head == null，应该直接返回 null。

否则如果直接访问：

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head.next

会产生空指针异常。

4. 判断条件要先判空，再访问字段

类似下面这种写法是危险的：

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while (cur.next != null && cur != null)

因为当 cur == null 时，会先访问 cur.next，直接空指针。

应该先判断对象本身是否为空：

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cur != null && cur.next != null

在这道题的遍历中，很多时候直接以 cur != null 作为循环条件更清晰。

5. 分离链表时要处理最后一个节点

分离链表时：

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Node nextOriginal = copy.next;

当 cur 是最后一个原节点时，nextOriginal 可能是 null。

所以访问：

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nextOriginal.next

之前必须先判断 nextOriginal != null。

个人误区记录

第一次写这道题时，我主要卡在"如何分离复制链表和原链表"。

当时已经知道可以把复制节点插入到原节点后面：

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

但拆链时没有明确两件事：

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原节点要指向下一个原节点
复制节点要指向下一个复制节点

后来补充复盘时，又发现自己在实现细节上犯了几个基础错误：

第一轮循环条件写成 cur != null && cur.next != null，导致最后一个节点不会被复制。
插入复制节点前没有正确保存 cur.next，而是错用了 copy.next。
没有先处理 head == null 的情况。
判断条件顺序错误，可能在 cur == null 时访问 cur.next。
分离链表时，没有处理 nextOriginal == null 的边界情况。

这道题对我最重要的提醒是：

复制代码

链表题不是只想清楚整体思路就够了，真正写代码时还要特别注意指针修改的先后顺序。