剑指Offer面试题：15.反转链表

一、题目：反转链表

题目：定义一个函数，输入一个链表的头结点，反转该链表并输出反转后链表的头结点。

　　链表结点定义如下，这里使用的是C#描述：

    public class Node
    {
        public int Data { get; set; }
        // 指向后一个节点
        public Node Next { get; set; }

        public Node(int data)
        {
            this.Data = data;
        }

        public Node(int data, Node next)
        {
            this.Data = data;
            this.Next = next;
        }
    }

二、解题思路

2.1 借助外部空间的解法一

　　由于题目并没有要求必须原地反转，因此可以借助外部空间实现。这里可以将单链表储存为数组，然后按照数组的索引逆序进行反转。但是，此方式比较浪费空间，而且需要两次遍历，效率不占优势。

　　依据上面的思路，我们可以写出以下代码：

    public static Node ReverseList1(Node head)
    {
        if(head == null)
        {
            return null;
        }

        List<Node> nodeList = new List<Node>();
        while (head != null)
        {
            nodeList.Add(head);
            head = head.Next;
        }

        int startIndex = nodeList.Count - 1;
        for (int i = startIndex; i >= 0; i--)
        {
            Node node = nodeList[i];
            if (i == 0)
            {
                node.Next = null;
            }
            else
            {
                node.Next = nodeList[i - 1];
            }
        }
        // 现在头结点是原来的尾节点
        head = nodeList[startIndex];
        return head;
    }

2.2 使用三个指针的高效解法二

　　定义3个指针，分别指向当前遍历到的结点、它的前一个结点及后一个结点。在遍历过程中，首先记录当前节点的后一个节点，然后将当前节点的后一个节点指向前一个节点，其次前一个节点再指向当前节点，最后再将当前节点指向最初记录的后一个节点，如此反复，直到当前节点的后一个节点为NULL时，则代表当前节点时反转后的头结点了。

　　整个过程只需遍历链表一次，效率提高不少，且需要的外部空间也较第一种方法要少很多，实现代码如下：

    public static Node ReverseList2(Node head)
    {
        if (head == null)
        {
            return null;
        }

        Node reverseHead = null;
        // 指针1：当前节点
        Node currentNode = head;
        // 指针2：当前节点的前一个节点
        Node prevNode = null;

        while(currentNode != null)
        {
            // 指针3：当前节点的后一个节点
            Node nextNode = currentNode.Next;
            if(nextNode == null)
            {
                reverseHead = currentNode;
            }
            // 将当前节点的后一个节点指向前一个节点
            currentNode.Next = prevNode;
            // 将前一个节点指向当前节点
            prevNode = currentNode;
            // 将当前节点指向后一个节点
            currentNode = nextNode;
        }

        return reverseHead;
    }

三、单元测试

3.1 测试用例

　　（1）为了方便对比，封装了一个用于将链表所有元素输出为字符串的方法GetNodeString()

    // 辅助方法：生成链表元素的字符串用于对比
    public string GetNodeString(Node head)
    {
        if (head == null)
        {
            return null;
        }

        StringBuilder sbResult = new StringBuilder();
        Node temp = head;
        while (temp != null)
        {
            sbResult.Append(temp.Data.ToString());
            temp = temp.Next;
        }

        return sbResult.ToString();
    }

View Code

　　（2）功能测试、特殊输入测试

    // 01.输入的链表有多个结点
    [TestMethod]
    public void ReverseTest1()
    {
        Node node1 = new Node(1);
        Node node2 = new Node(2);
        Node node3 = new Node(3);
        Node node4 = new Node(4);
        Node node5 = new Node(5);

        node1.Next = node2;
        node2.Next = node3;
        node3.Next = node4;
        node4.Next = node5;

        Node newHead = ListHelper.ReverseList2(node1);
        Assert.AreEqual(GetNodeString(newHead), "54321");
    }

    // 02.输入的链表只有一个结点
    [TestMethod]
    public void ReverseTest2()
    {
        Node node1 = new Node(1);

        Node newHead = ListHelper.ReverseList2(node1);
        Assert.AreEqual(GetNodeString(newHead), "1");
    }

    // 03.输入NULL
    [TestMethod]
    public void ReverseTest3()
    {
        Node newHead = ListHelper.ReverseList2(null);
        Assert.AreEqual(GetNodeString(newHead), null);
    }