剑指offer 学习笔记 链表中环的入口节点

面试题23：链表中环的入口节点。如果一个链表中包含环，如何找出环的入口节点？

解决这个问题的第一步是如何确定一个链表中存在环。我们可以定义两个指针，初始化为指向头节点的指针。两个指针同时从链表头部出发，一个指针一次走一步，另一个指针一次走两步，如果走的快的指针追上了走得慢的指针，那么链表就包含环，如果走得快的指针走到了链表的末尾都没有追上走得慢的指针，那么链表就不包含环。

第二步是找到环的入口，我们还是先定义两个指针P1、P2，都初始化为指向头节点的指针。如果链表中的环有n个节点，则指针P1先在链表上向前移动n步，然后两个指针以相同的速度向前移动，当P2指向环的入口节点时，P1已经绕了环一圈又回到了入口节点。

剩下的问题是如何得到环中节点的数目。我们之前分析到一快一慢指针相遇时，一定是在环中，可以此时从这个节点出发，一边向前移动一边计数，当再回到这个节点时，就可以得到环中节点数了：

#include <iostream>
using namespace std;

struct ListNode {
    int m_nValue;
    ListNode* m_pNext;
};

void AddToTail(ListNode** pHead, int value) {    // 尾插法
    ListNode* pNew = new ListNode();    // 为新结点分配内存
    pNew->m_nValue = value;
    pNew->m_pNext = nullptr;

    if (*pHead == nullptr) {    // 如果是空链表
        *pHead = pNew;
    } else {
        ListNode* pNode = *pHead;

        while (pNode->m_pNext != nullptr) {    // 找到链表末尾
            pNode = pNode->m_pNext;
        }

        pNode->m_pNext = pNew;    // 将链表末尾元素的指针指向新节点
    }
}

ListNode* MeetingNode(ListNode* pHead) {    // 判断链表是否有环，如有返回环内一节点，如没有返回nullptr
    if (pHead == nullptr || pHead->m_pNext == nullptr) {    // 有环时链表长度大于1
        return nullptr;
    }

    ListNode* pSlow = pHead, *pFast = pHead->m_pNext;

    while (pFast->m_pNext != nullptr) {
        pSlow = pSlow->m_pNext;
        pFast = pFast->m_pNext;
        if (pFast->m_pNext != nullptr) {
            pFast = pFast->m_pNext;
        }

        if (pSlow == pFast) {
            return pSlow;
        }
    }
    return nullptr;
}

int NumOfNodesInLoop(ListNode* pNode) {    // 环中节点数
    if (pNode == nullptr || pNode->m_pNext == nullptr) {    // 防止输入空指针或只有一个节点，输入一个节点时以下访问第二个节点的代码就会出错
        return -1;
    }

    ListNode* pNodeMove = pNode->m_pNext;    // 不能将pNodeMove初始化为pNode同时count初始化为0
    int count = 1;                           // 因为下面的循环结束条件是pNode与pNodeMove相等

    while (pNode != pNodeMove) {
        if (pNodeMove->m_pNext != nullptr) {
            pNodeMove = pNodeMove->m_pNext;
        } else {
            return -1;
        }
        ++count;
    }

    return count;
}

ListNode* EntryNodeOfLoop(ListNode* pHead, int loopLength) {    // 找环的入口节点
    if (pHead == nullptr || loopLength < 2) {
        return nullptr;
    }

    ListNode* pAhead = pHead, *pBehind = pHead;
    for (int i = 0; i < loopLength; ++i) {
        pAhead = pAhead->m_pNext;
    }

    while (pAhead != pBehind) {
        pAhead = pAhead->m_pNext;
        pBehind = pBehind->m_pNext;
    }
    return pAhead;
}

int main() {
    ListNode* pHead1 = new ListNode();
    pHead1->m_nValue = 0;
    pHead1->m_pNext = nullptr;
    AddToTail(&pHead1, 1);
    pHead1->m_pNext->m_pNext = pHead1;

    ListNode* pResMeetingNode = MeetingNode(pHead1);
    if (pResMeetingNode) {
        cout << "链表中有环。" << endl;
        int numOfNodesInLoop = NumOfNodesInLoop(pResMeetingNode);
        cout << "环中的节点数为：" << numOfNodesInLoop << endl;
        cout << "环的入口节点值为：" << EntryNodeOfLoop(pHead1, numOfNodesInLoop)->m_nValue << endl;
    } else {
        cout << "链表中没有环。" << endl;
    }
}