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如何在仅能访问当前节点及其后继节点的前提下原地反转单链表

心靈之曲

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发布时间:2026-01-10 14:48:42

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如何在仅能访问当前节点及其后继节点的前提下原地反转单链表

本文介绍在不使用额外数据结构(如数组、)的情况下,仅通过调整指针引用原地反转单链表的算法原理与实现,核心是使用三个指针(prev、curr、next)迭代完成链表方向翻转。

要实现 LinkedList 的 reverse() 方法,关键在于原地修改指针指向,而非交换节点中的元素值(如提问者代码中反复赋值 first.elem 所做的那样)。该操作不仅逻辑错误(未改变链接关系),还会在链表长度 > 2 时丢失中间元素,且无法真正反转结构。

正确思路是:从头遍历链表,逐个将每个节点的 next 指针由指向后继改为指向前驱。由于单链表无前驱引用,我们需要用三个变量协同维护状态:

  • prev:记录已反转部分的新头节点(即当前节点的前一个节点,初始为 null)
  • curr:当前正在处理的节点(初始为 first)
  • next:暂存 curr.next,防止在修改 curr.next 后丢失后续链路

算法步骤如下:

  1. 初始化 prev = null, curr = first
  2. 当 curr != null 时循环:
    • 用 next = curr.next 保存下一个待处理节点
    • 将 curr.next 指向 prev(完成当前节点的反向链接)
    • 更新 prev = curr 和 curr = next,推进遍历
  3. 循环结束后,prev 指向原链表尾节点,即新链表的头节点 → 将 first = prev

以下是符合题设约束(仅操作 first 引用,不创建辅助集合)的完整实现:

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public void reverse() {
    Node prev = null;
    Node curr = first;

    while (curr != null) {
        Node next = curr.next; // 保存下一节点
        curr.next = prev;         // 反转当前节点指针
        prev = curr;              // 前驱前移
        curr = next;              // 当前节点前移
    }
    first = prev; // 更新头节点为原尾节点
}

⚠️ 注意事项:

  • 时间复杂度为 O(n),空间复杂度为 O(1),严格满足“不使用辅助数据结构”的要求;
  • 空链表(first == null)可直接跳过循环,first = prev(即 null)仍保持正确;
  • 切勿尝试通过交换 elem 值来“模拟”反转——这违背链表结构本质,且在泛型场景下可能因不可变对象或重载逻辑失效;
  • 该算法是链表基础操作的经典范式,熟练掌握有助于理解更复杂的链表变形题(如每 k 个节点反转、检测环等)。

总结:链表反转的本质是指针重定向,而非数据搬运。抓住 prev–curr–next 三指针的状态流转,即可清晰、稳健地完成原地逆序。

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