Java單鏈表反轉(zhuǎn)圖文教程
前言
最近在回顧鏈表反轉(zhuǎn)問(wèn)題中，突然有一些新的發(fā)現(xiàn)和收獲，特此整理一下，與大家分享 😁
背景回顧
單鏈表的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖：
數(shù)據(jù)域存放數(shù)據(jù)元素，指針域存放后繼結(jié)點(diǎn)地址
我們以一條 N1 -> N2 -> N3 -> N4 指向的單鏈表為例：
反轉(zhuǎn)后的鏈表指向如圖：
我們?cè)诖a中定義如下結(jié)點(diǎn)類以方便運(yùn)行測(cè)試：
/**
* 結(jié)點(diǎn)類
* （因?yàn)楹罄m(xù)在main方法中運(yùn)行，為了方便定義為static內(nèi)部類）
*/
static class Node {
int val; // 數(shù)據(jù)域
Node next; // 指針域，指向下一個(gè)結(jié)點(diǎn)
Node(int x, Node nextNode) {
val = x;
next = nextNode;
}
}
通過(guò)循環(huán)遍歷方式實(shí)現(xiàn)鏈表反轉(zhuǎn)
實(shí)現(xiàn)思路：從鏈表頭結(jié)點(diǎn)出發(fā)，依次循環(huán)遍歷每一個(gè)結(jié)點(diǎn)，并更改結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的指針域，使其指向前一個(gè)結(jié)點(diǎn)
代碼如下：
/**
* 循環(huán)遍歷方式實(shí)現(xiàn)鏈表反轉(zhuǎn)
*
* @param head 鏈表的頭結(jié)點(diǎn)
* @return
*/
public static Node cycleNode(Node head) {
Node prev = null; // 保存前一個(gè)結(jié)點(diǎn)的信息
// 循環(huán)遍歷鏈表中的結(jié)點(diǎn)
while (head.next != null) {
// 1. 先保存當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)的信息到tempNext
Node tempNext = head.next;
// 2. 修改當(dāng)前結(jié)點(diǎn)指針域，使其指向上一個(gè)結(jié)點(diǎn)（如果是第一次進(jìn)入循環(huán)的頭結(jié)點(diǎn)，則其上一個(gè)結(jié)點(diǎn)為null）
head.next = prev;
// 3. 將當(dāng)前結(jié)點(diǎn)信息保存到prev中（以作為下一次循環(huán)中第二步使用到的"上一個(gè)結(jié)點(diǎn)"）
prev = head;
// 4. 當(dāng)前結(jié)點(diǎn)在之前的123步中指針域已經(jīng)修改完畢，此時(shí)讓head重新指向待處理的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)
head = tempNext;
}
// 上面的循環(huán)完成后，實(shí)際只修改了原先鏈表中的頭結(jié)點(diǎn)到倒數(shù)第二個(gè)結(jié)點(diǎn)間的結(jié)點(diǎn)指向，倒數(shù)第一個(gè)結(jié)點(diǎn)（尾結(jié)點(diǎn)）并未處理
// 此時(shí)prev指向原先鏈表中的倒數(shù)第二個(gè)結(jié)點(diǎn)，head指向尾結(jié)點(diǎn)
// 處理尾結(jié)點(diǎn)的指針域，使其指向前一個(gè)結(jié)點(diǎn)
head.next = prev;
// 返回尾結(jié)點(diǎn)，此時(shí)的尾結(jié)點(diǎn)既是原先鏈表中的尾結(jié)點(diǎn)，又是反轉(zhuǎn)后的新鏈表中的頭結(jié)點(diǎn)
return head;
}
測(cè)試效果：
public static void main(String[] args) {
// 構(gòu)造測(cè)試用例，鏈表指向?yàn)?N1 -> N2 -> N3 -> N4
Node n4 = new Node(4, null);
Node n3 = new Node(3, n4);
Node n2 = new Node(2, n3);
Node n1 = new Node(1, n2);
Node head = n1;
// 輸出測(cè)試用例
System.out.println("原始鏈表指向?yàn)椋?);
printNode(head);
// 普通方式反轉(zhuǎn)鏈表
System.out.println("循環(huán)方式反轉(zhuǎn)鏈表指向?yàn)椋?);
head = cycleNode(head);
printNode(head);
}
/**
* 循環(huán)打印鏈表數(shù)據(jù)域
* @param head
*/
public static void printNode(Node head) {
while (head != null) {
System.out.println(head.val);
head = head.next;
}
}
運(yùn)行結(jié)果如圖：
可以看到，原先指向?yàn)?N1 -> N2 -> N3 -> N4 的鏈表，運(yùn)行反轉(zhuǎn)方法后，其指向已變?yōu)?N4 -> N3 -> N2 -> N1
通過(guò)遞歸方式實(shí)現(xiàn)鏈表反轉(zhuǎn)
實(shí)現(xiàn)思路：從鏈表頭結(jié)點(diǎn)出發(fā)，依次遞歸遍歷每一個(gè)結(jié)點(diǎn)，并更改結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的指針域，使其指向前一個(gè)結(jié)點(diǎn)（沒(méi)錯(cuò)，實(shí)際每一次遞歸里的處理過(guò)程跟上面的循環(huán)里是一樣的）
代碼實(shí)現(xiàn)：
/**
* 遞歸實(shí)現(xiàn)鏈表反轉(zhuǎn)
* 遞歸方法執(zhí)行完成后，head指向就從原鏈表順序：頭結(jié)點(diǎn)->尾結(jié)點(diǎn) 中的第一個(gè)結(jié)點(diǎn)（頭結(jié)點(diǎn)） 變成了反轉(zhuǎn)后的鏈表順序：尾結(jié)點(diǎn)->頭結(jié)點(diǎn) 中的第一個(gè)結(jié)點(diǎn)（尾結(jié)點(diǎn)）
*
* @param head 頭結(jié)點(diǎn)
* @param prev 存儲(chǔ)上一個(gè)結(jié)點(diǎn)
*/
public static void recursionNode(Node head, Node prev) {
if (null == head.next) {
// 設(shè)定遞歸終止條件
// 當(dāng)head.next為空時(shí)，表明已經(jīng)遞歸到了原鏈表中的尾結(jié)點(diǎn)，此時(shí)單獨(dú)處理尾結(jié)點(diǎn)指針域，然后結(jié)束遞歸
head.next = prev;
return;
}
// 1. 先保存當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)的信息到tempNext
Node tempNext = head.next;
// 2. 修改當(dāng)前結(jié)點(diǎn)指針域，使其指向上一個(gè)結(jié)點(diǎn)（如果是第一次進(jìn)入遞歸的頭結(jié)點(diǎn)，則其上一個(gè)結(jié)點(diǎn)為null）
head.next = prev;
// 3. 將當(dāng)前結(jié)點(diǎn)信息保存到prev中（以作為下一次遞歸中第二步使用到的"上一個(gè)結(jié)點(diǎn)"）
prev = head;
// 4. 當(dāng)前結(jié)點(diǎn)在之前的123步中指針域修改已經(jīng)修改完畢，此時(shí)讓head重新指向待處理的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)
head = tempNext;
// 遞歸處理下一個(gè)結(jié)點(diǎn)
recursionNode(head, prev);
}
測(cè)試效果：
public static void main(String[] args) {
// 構(gòu)造測(cè)試用例，鏈表指向?yàn)?N1 -> N2 -> N3 -> N4
Node n4 = new Node(4, null);
Node n3 = new Node(3, n4);
Node n2 = new Node(2, n3);
Node n1 = new Node(1, n2);
Node head = n1;
// 輸出測(cè)試用例
System.out.println("原始鏈表指向?yàn)椋?);
printNode(head);
// 遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表
System.out.println("遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表指向?yàn)椋?);
recursionNode(head, null);
printNode(head);
}
/**
* 循環(huán)打印鏈表數(shù)據(jù)域
* @param head
*/
public static void printNode(Node head) {
while (head != null) {
System.out.println(head.val);
head = head.next;
}
}
注意：在上面👆的測(cè)試代碼中，在調(diào)用遞歸函數(shù)時(shí)傳遞了Node類的實(shí)例head作為參數(shù)
根據(jù)Java中 方法調(diào)用傳參中，基本類型是值傳遞，對(duì)象類型是引用傳遞 可得 =>
因?yàn)樵谡{(diào)用遞歸函數(shù)時(shí)傳遞了head對(duì)象的引用，且在遞歸函數(shù)運(yùn)行過(guò)程中，我們已經(jīng)數(shù)次改變了head引用指向的對(duì)象，
那么當(dāng)遞歸函數(shù)執(zhí)行完畢時(shí)，head引用指向的對(duì)象此時(shí)理論上已經(jīng)是原鏈表中的尾結(jié)點(diǎn)N4了，且鏈表順序也已經(jīng)變成了 N4 -> N3 -> N2 -> N1
運(yùn)行效果截圖：
最終的程序運(yùn)行結(jié)果與我的設(shè)想大相徑庭！
那么，問(wèn)題出在哪里呢？
遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表問(wèn)題排查與延伸問(wèn)題定位
既然程序運(yùn)行效果與預(yù)期效果不符，那我們就在head對(duì)象引用可能發(fā)生變化的地方加入注釋打印一下對(duì)象地址，看看能不能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題在哪：
加入注釋后的代碼如下：
public static void main(String[] args) {
// 構(gòu)造測(cè)試用例，鏈表指向?yàn)?N1 -> N2 -> N3 -> N4
Node n4 = new Node(4, null);
Node n3 = new Node(3, n4);
Node n2 = new Node(2, n3);
Node n1 = new Node(1, n2);
Node head = n1;
// 輸出測(cè)試用例
System.out.println("原始鏈表指向?yàn)椋?);
printNode(head);
// 遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表
System.out.println("遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表指向?yàn)椋?);
System.out.println("遞歸調(diào)用前 head 引用指向?qū)ο? " + head.toString());
recursionNode(head, null);
System.out.println("遞歸調(diào)用后 head 引用指向?qū)ο? " + head.toString());
printNode(head);
}
/**
* 循環(huán)打印鏈表數(shù)據(jù)域
* @param head
*/
public static void printNode(Node head) {
while (head != null) {
System.out.println(head.val);
head = head.next;
}
}
/**
* 遞歸實(shí)現(xiàn)鏈表反轉(zhuǎn)
* 遞歸方法執(zhí)行完成后，head指向就從原鏈表順序：頭結(jié)點(diǎn)->尾結(jié)點(diǎn) 中的第一個(gè)結(jié)點(diǎn)（頭結(jié)點(diǎn)） 變成了反轉(zhuǎn)后的鏈表順序：尾結(jié)點(diǎn)->頭結(jié)點(diǎn) 中的第一個(gè)結(jié)點(diǎn)（尾結(jié)點(diǎn)）
*
* @param head 頭結(jié)點(diǎn)
* @param prev 存儲(chǔ)上一個(gè)結(jié)點(diǎn)
*/
public static void recursionNode(Node head, Node prev) {
System.out.println("遞歸調(diào)用中 head引用指向?qū)ο? " + head.toString());
if (null == head.next) {
// 設(shè)定遞歸終止條件
// 當(dāng)head.next為空時(shí)，表名已經(jīng)遞歸到了原鏈表中的尾結(jié)點(diǎn)，此時(shí)單獨(dú)處理尾結(jié)點(diǎn)指針域，然后結(jié)束遞歸
head.next = prev;
System.out.println("遞歸調(diào)用返回前 head引用指向?qū)ο? " + head.toString());
return;
}
// 1. 先保存當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)的信息到tempNext
Node tempNext = head.next;
// 2. 修改當(dāng)前結(jié)點(diǎn)指針域，使其指向上一個(gè)結(jié)點(diǎn)（如果是第一次進(jìn)入循環(huán)的頭結(jié)點(diǎn)，則其上一個(gè)結(jié)點(diǎn)為null）
head.next = prev;
// 3. 將當(dāng)前結(jié)點(diǎn)信息保存到prev中（以作為下一次遞歸中第二步使用到的"上一個(gè)結(jié)點(diǎn)"）
prev = head;
// 4. 當(dāng)前結(jié)點(diǎn)在之前的123步中指針域修改已經(jīng)修改完畢，此時(shí)讓head重新指向待處理的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)
head = tempNext;
// 遞歸處理下一個(gè)結(jié)點(diǎn)
recursionNode(head, prev);
}
運(yùn)行結(jié)果：
從上面👆的運(yùn)行結(jié)果看，在遞歸函數(shù)執(zhí)行期間，head引用指向的對(duì)象確實(shí)發(fā)生了變化
注意 調(diào)用前 / 調(diào)用返回前 / 調(diào)用后 這三個(gè)地方head引用指向?qū)ο蟮淖兓?/p>
可以發(fā)現(xiàn)，雖然遞歸函數(shù)執(zhí)行期間確實(shí)改變了head引用指向的對(duì)象，但實(shí)際上是變了個(gè)寂寞！😶
函數(shù)調(diào)用返回后，head引用指向的對(duì)象還是調(diào)用前的那個(gè)！
在debug模式下，我們?cè)倮^續(xù)深入看看遞歸函數(shù)調(diào)用前跟調(diào)用后的head對(duì)象是不是完全一樣的：
從上面兩張圖可以發(fā)現(xiàn)，雖然遞歸調(diào)用前跟調(diào)用后head引用指向的對(duì)象都是同一個(gè)，但這個(gè)對(duì)象本身的屬性（指針域）已經(jīng)發(fā)生了變化！
由此說(shuō)明遞歸函數(shù)的執(zhí)行并不是在做無(wú)用功，而是切切實(shí)實(shí)改變了原鏈表的各結(jié)點(diǎn)指向順序！
只是因?yàn)檫f歸函數(shù)執(zhí)行完成后，并沒(méi)有成功讓傳入的head對(duì)象引用指向反轉(zhuǎn)后的新鏈表的頭結(jié)點(diǎn)N4，
此時(shí)head對(duì)象引用仍然跟調(diào)用前一樣指向了N1，而N1在反轉(zhuǎn)后的新鏈表中變成了尾結(jié)點(diǎn)，至此，我們已經(jīng)完美的丟失了反轉(zhuǎn)后的新鏈表 😭，光靠指向尾結(jié)點(diǎn)的head根本無(wú)法遍歷到新鏈表的其他結(jié)點(diǎn)。。。
問(wèn)題延伸：探究Java方法調(diào)用中的參數(shù)傳遞實(shí)質(zhì)
由上面的問(wèn)題定位可知，問(wèn)題出在我對(duì)Java方法調(diào)用中的參數(shù)傳遞理解有偏差，那么接下來(lái)就來(lái)詳細(xì)探究一下Java方法調(diào)用中的參數(shù)傳遞過(guò)程吧！
形參與實(shí)參
測(cè)試示例代碼：
public static void recursionNode(Node headNode, Node prevNode) {
// do something...
}
public static void main(String[] args) {
// init head...
recursionNode(head, null); // 調(diào)用方法
}
在上面的示例代碼中，我們定義了recursionNode()方法，并在main()方法中調(diào)用它
方法定義中的 headNode prevNode 是 形式參數(shù)，調(diào)用時(shí)傳入的 head null 是 實(shí)際參數(shù)
值傳遞
方法定義中的形式參數(shù)類型如果是基本數(shù)據(jù)類型（byte、short、int、long、float、double、boolean、char），則調(diào)用方法時(shí)，實(shí)參到形參的傳遞實(shí)際是值傳遞，傳遞的是實(shí)際參數(shù)值的副本（拷貝）
因此，在方法體中任意修改形參的值，并不會(huì)影響到方法體外的實(shí)參的值
引用傳遞
方法定義中的形式參數(shù)類型如果是對(duì)象類型（含基本數(shù)據(jù)類型的數(shù)組），則調(diào)用方法時(shí)，實(shí)參到形參的傳遞實(shí)際也是值傳遞，傳遞的是實(shí)參對(duì)象的引用地址
如何理解這個(gè) 實(shí)參對(duì)象的引用地址 的概念呢？讓我們來(lái)看看示例代碼運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存模型圖（簡(jiǎn)單抽象了stack和heap的部分，如有不對(duì)歡迎指正 😆）
如圖，main方法和recursionNode方法執(zhí)行時(shí)實(shí)際是作為不同的棧幀入棧到當(dāng)前線程的虛擬機(jī)棧中
main方法中的 head 引用實(shí)際保存的是一個(gè)地址，通過(guò)這個(gè)地址可以找到堆（heap）中的一個(gè)Node對(duì)象
recursionNode方法中的 headNode 引用實(shí)際保存的也是一個(gè)地址，通過(guò)這個(gè)地址可以找到堆中的一個(gè)Node對(duì)象
那么在main方法中調(diào)用recursionNode方法，實(shí)參 head 到形參 headNode 的傳遞過(guò)程中，到底傳遞的是什么呢？
很明顯，傳遞的就是那個(gè)能尋址到堆中某個(gè)Node對(duì)象的 地址（劃重點(diǎn)，要考?。?/p>
由此，實(shí)參 head 對(duì)象引用和形參 headNode 對(duì)象引用具有了相同的地址值，指向堆中的同一個(gè)Node對(duì)象
通過(guò)這兩個(gè)引用中的任何一個(gè)，都可以改變堆中對(duì)應(yīng)的那個(gè)對(duì)象的屬性和狀態(tài)
遞歸方法調(diào)用后發(fā)生了什么
理解了對(duì)象引用傳遞的實(shí)質(zhì)后，再回過(guò)頭來(lái)看上面遞歸方法調(diào)用后實(shí)際結(jié)果與預(yù)期結(jié)果不一致的問(wèn)題，一切就迎刃而解了
如圖，遞歸調(diào)用結(jié)束后，雖然遞歸方法recursionNode()方法體內(nèi)的 headNode 引用確實(shí)已經(jīng)變成了指向新的Node對(duì)象N4，但是main方法中，head 引用指向的仍然是遞歸方法調(diào)用前的Node對(duì)象N1（隨著遞歸方法的執(zhí)行，N1對(duì)象內(nèi)部的指針域已經(jīng)產(chǎn)生了變化）
正確的遞歸方式實(shí)現(xiàn)鏈表反轉(zhuǎn)
/**
* 遞歸實(shí)現(xiàn)鏈表反轉(zhuǎn)，遞歸方法執(zhí)行完成后，head就從 頭結(jié)點(diǎn)->尾結(jié)點(diǎn) 中的起始點(diǎn)（頭結(jié)點(diǎn)）變成了 尾結(jié)點(diǎn)->頭結(jié)點(diǎn) 中的起始點(diǎn)（尾結(jié)點(diǎn)）
*
* @param head 頭結(jié)點(diǎn)
* @param prev 存儲(chǔ)上一個(gè)結(jié)點(diǎn)
*/
public static Node recursionNode2(Node head, Node prev) {
if (null == head.next) {
// 設(shè)定遞歸終止條件
head.next = prev;
return head;
}
Node tempNext = head.next;
head.next = prev;
prev = head;
head = tempNext;
Node result = recursionNode2(head, prev);
return result;
}
測(cè)試結(jié)果：
public static void main(String[] args) {
// 構(gòu)造測(cè)試用例，鏈表指向?yàn)?N1 -> N2 -> N3 -> N4
Node n4 = new Node(4, null);
Node n3 = new Node(3, n4);
Node n2 = new Node(2, n3);
Node n1 = new Node(1, n2);
Node head = n1;
// 輸出測(cè)試用例
System.out.println("原始鏈表指向?yàn)椋?);
printNode(head);
// 新遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表
System.out.println("新遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表指向?yàn)椋?);
head = recursionNode2(head, null);
printNode(head);
}
/**
* 循環(huán)打印鏈表數(shù)據(jù)域
* @param head
*/
public static void printNode(Node head) {
while (head != null) {
System.out.println(head.val);
head = head.next;
}
}
運(yùn)行結(jié)果截圖：
可以看到，經(jīng)過(guò)改善的新遞歸方法實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的效果！😁
總結(jié)
到此這篇關(guān)于Java單鏈表反轉(zhuǎn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java單鏈表反轉(zhuǎn)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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