教你怎么實現(xiàn)Java單鏈表反轉(zhuǎn)【圖文教程】

背景回顧

單鏈表的存儲結(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：

我們在代碼中定義如下結(jié)點類以方便運行測試：

 /**
 * 結(jié)點類
 * （因為后續(xù)在main方法中運行，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，指向下一個結(jié)點

 Node(int x, Node nextNode) {
  val = x;
  next = nextNode;
 }
 }

通過循環(huán)遍歷方式實現(xiàn)鏈表反轉(zhuǎn)

實現(xiàn)思路：從鏈表頭結(jié)點出發(fā)，依次循環(huán)遍歷每一個結(jié)點，并更改結(jié)點對應的指針域，使其指向前一個結(jié)點

代碼如下：

 /**
  * 循環(huán)遍歷方式實現(xiàn)鏈表反轉(zhuǎn)
  *
  * @param head 鏈表的頭結(jié)點
  * @return
  */
 public static Node cycleNode(Node head) {

  Node prev = null; // 保存前一個結(jié)點的信息

  // 循環(huán)遍歷鏈表中的結(jié)點
  while (head.next != null) {
   // 1. 先保存當前結(jié)點的下一個結(jié)點的信息到tempNext
   Node tempNext = head.next;
   // 2. 修改當前結(jié)點指針域，使其指向上一個結(jié)點（如果是第一次進入循環(huán)的頭結(jié)點，則其上一個結(jié)點為null）
   head.next = prev;
   // 3. 將當前結(jié)點信息保存到prev中（以作為下一次循環(huán)中第二步使用到的"上一個結(jié)點"）
   prev = head;
   // 4. 當前結(jié)點在之前的123步中指針域已經(jīng)修改完畢，此時讓head重新指向待處理的下一個結(jié)點
   head = tempNext;
  }

  // 上面的循環(huán)完成后，實際只修改了原先鏈表中的頭結(jié)點到倒數(shù)第二個結(jié)點間的結(jié)點指向，倒數(shù)第一個結(jié)點（尾結(jié)點）并未處理
  // 此時prev指向原先鏈表中的倒數(shù)第二個結(jié)點，head指向尾結(jié)點
  // 處理尾結(jié)點的指針域，使其指向前一個結(jié)點
  head.next = prev;

  // 返回尾結(jié)點，此時的尾結(jié)點既是原先鏈表中的尾結(jié)點，又是反轉(zhuǎn)后的新鏈表中的頭結(jié)點
  return head;
 }

測試效果：

 public static void main(String[] args) {
  // 構(gòu)造測試用例，鏈表指向為 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;
  // 輸出測試用例
  System.out.println("原始鏈表指向為：");
  printNode(head);

  // 普通方式反轉(zhuǎn)鏈表
  System.out.println("循環(huán)方式反轉(zhuǎn)鏈表指向為：");
  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;
  }
 }

運行結(jié)果如圖：

可以看到，原先指向為 N1 -> N2 -> N3 -> N4 的鏈表，運行反轉(zhuǎn)方法后，其指向已變?yōu)?N4 -> N3 -> N2 -> N1

通過遞歸方式實現(xiàn)鏈表反轉(zhuǎn)

實現(xiàn)思路：從鏈表頭結(jié)點出發(fā)，依次遞歸遍歷每一個結(jié)點，并更改結(jié)點對應的指針域，使其指向前一個結(jié)點（沒錯，實際每一次遞歸里的處理過程跟上面的循環(huán)里是一樣的）

代碼實現(xiàn)：

 /**
  * 遞歸實現(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->尾結(jié)點 中的第一個結(jié)點（頭結(jié)點） 變成了反轉(zhuǎn)后的鏈表順序：尾結(jié)點->頭結(jié)點 中的第一個結(jié)點（尾結(jié)點）
  *
  * @param head 頭結(jié)點
  * @param prev 存儲上一個結(jié)點
  */
 public static void recursionNode(Node head, Node prev) {
 
  if (null == head.next) {
   // 設定遞歸終止條件
   // 當head.next為空時，表明已經(jīng)遞歸到了原鏈表中的尾結(jié)點，此時單獨處理尾結(jié)點指針域，然后結(jié)束遞歸
   head.next = prev;
   return;
  }

  // 1. 先保存當前結(jié)點的下一個結(jié)點的信息到tempNext
  Node tempNext = head.next;
  // 2. 修改當前結(jié)點指針域，使其指向上一個結(jié)點（如果是第一次進入遞歸的頭結(jié)點，則其上一個結(jié)點為null）
  head.next = prev;
  // 3. 將當前結(jié)點信息保存到prev中（以作為下一次遞歸中第二步使用到的"上一個結(jié)點"）
  prev = head;
  // 4. 當前結(jié)點在之前的123步中指針域修改已經(jīng)修改完畢，此時讓head重新指向待處理的下一個結(jié)點
  head = tempNext;

  // 遞歸處理下一個結(jié)點
  recursionNode(head, prev);
 }

測試效果：

 public static void main(String[] args) {
  // 構(gòu)造測試用例，鏈表指向為 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;
  // 輸出測試用例
  System.out.println("原始鏈表指向為：");
  printNode(head);

  // 遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表
  System.out.println("遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表指向為：");
  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：在上面的測試代碼中，在調(diào)用遞歸函數(shù)時傳遞了Node類的實例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，對象類型是引用傳遞 可得 =>

因為在調(diào)用遞歸函數(shù)時傳遞了head對象的引用，且在遞歸函數(shù)運行過程中，我們已經(jīng)數(shù)次改變了head引用指向的對象，

那么當遞歸函數(shù)執(zhí)行完畢時，head引用指向的對象此時理論上已經(jīng)是原鏈表中的尾結(jié)點N4了，且鏈表順序也已經(jīng)變成了 N4 -> N3 -> N2 -> N1

運行效果截圖：

最終的程序運行結(jié)果與我的設想大相徑庭！

那么，問題出在哪里呢？

遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表問題排查與延伸問題定位

既然程序運行效果與預期效果不符，那我們就在head對象引用可能發(fā)生變化的地方加入注釋打印一下對象地址，看看能不能發(fā)現(xiàn)問題在哪：

加入注釋后的代碼如下：

public static void main(String[] args) {
 // 構(gòu)造測試用例，鏈表指向為 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;
 // 輸出測試用例
 System.out.println("原始鏈表指向為：");
 printNode(head);
 
 
 // 遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表
 System.out.println("遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表指向為：");
 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->尾結(jié)點 中的第一個結(jié)點（頭結(jié)點） 變成了反轉(zhuǎn)后的鏈表順序：尾結(jié)點->頭結(jié)點 中的第一個結(jié)點（尾結(jié)點）
 *
 * @param head 頭結(jié)點
 * @param prev 存儲上一個結(jié)點
 */
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) {
  // 設定遞歸終止條件
  // 當head.next為空時，表名已經(jīng)遞歸到了原鏈表中的尾結(jié)點，此時單獨處理尾結(jié)點指針域，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. 先保存當前結(jié)點的下一個結(jié)點的信息到tempNext
 Node tempNext = head.next;
 // 2. 修改當前結(jié)點指針域，使其指向上一個結(jié)點（如果是第一次進入循環(huán)的頭結(jié)點，則其上一個結(jié)點為null）
 head.next = prev;
 // 3. 將當前結(jié)點信息保存到prev中（以作為下一次遞歸中第二步使用到的"上一個結(jié)點"）
 prev = head;
 // 4. 當前結(jié)點在之前的123步中指針域修改已經(jīng)修改完畢，此時讓head重新指向待處理的下一個結(jié)點
 head = tempNext;
 
 // 遞歸處理下一個結(jié)點
 recursionNode(head, prev);
}

運行結(jié)果：

從上面的運行結(jié)果看，在遞歸函數(shù)執(zhí)行期間，head引用指向的對象確實發(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)行期間確實改變了head引用指向的對象，但實際上是變了個寂寞！

函數(shù)調(diào)用返回后，head引用指向的對象還是調(diào)用前的那個！

在debug模式下，我們再繼續(xù)深入看看遞歸函數(shù)調(diào)用前跟調(diào)用后的head對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引用指向的對象都是同一個，但這個對象本身的屬性（指針域）已經(jīng)發(fā)生了變化！

由此說明遞歸函數(shù)的執(zhí)行并不是在做無用功，而是切切實實改變了原鏈表的各結(jié)點指向順序！

只是因為遞歸函數(shù)執(zhí)行完成后，并沒有成功讓傳入的head對象引用指向反轉(zhuǎn)后的新鏈表的頭結(jié)點N4，

此時head對象引用仍然跟調(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，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)點的head根本無法遍歷到新鏈表的其他結(jié)點。。。

問題延伸：探究Java方法調(diào)用中的參數(shù)傳遞實質(zhì)

由上面的問題定位可知，問題出在我對Java方法調(diào)用中的參數(shù)傳遞理解有偏差，那么接下來就來詳細探究一下Java方法調(diào)用中的參數(shù)傳遞過程吧！

形參與實參

測試示例代碼：

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)用時傳入的 head null 是 實際參數(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，實參到形參的傳遞實際是值傳遞，傳遞的是實際參數(shù)值的副本（拷貝）

因此，在方法體中任意修改形參的值，并不會影響到方法體外的實參的值

引用傳遞

方法定義中的形式參數(shù)類型如果是對象類型（含基本數(shù)據(jù)類型的數(shù)組），則調(diào)用方法時，實參到形參的傳遞實際也是值傳遞，傳遞的是實參對象的引用地址

如何理解這個 實參對象的引用地址 的概念呢？讓我們來看看示例代碼運行時的內(nèi)存模型圖（簡單抽象了stack和heap的部分，如有不對歡迎指正 ）

如圖，main方法和recursionNode方法執(zhí)行時實際是作為不同的棧幀入棧到當前線程的虛擬機棧中

main方法中的 head 引用實際保存的是一個地址，通過這個地址可以找到堆（heap）中的一個Node對象

recursionNode方法中的 headNode 引用實際保存的也是一個地址，通過這個地址可以找到堆中的一個Node對象

那么在main方法中調(diào)用recursionNode方法，實參 head 到形參 headNode 的傳遞過程中，到底傳遞的是什么呢？

很明顯，傳遞的就是那個能尋址到堆中某個Node對象的 地址（劃重點，要考?。?/p>

由此，實參 head 對象引用和形參 headNode 對象引用具有了相同的地址值，指向堆中的同一個Node對象

通過這兩個引用中的任何一個，都可以改變堆中對應的那個對象的屬性和狀態(tài)

遞歸方法調(diào)用后發(fā)生了什么

理解了對象引用傳遞的實質(zhì)后，再回過頭來看上面遞歸方法調(diào)用后實際結(jié)果與預期結(jié)果不一致的問題，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 引用確實已經(jīng)變成了指向新的Node對象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對象N1（隨著遞歸方法的執(zhí)行，N1對象內(nèi)部的指針域已經(jīng)產(chǎn)生了變化）

正確的遞歸方式實現(xiàn)鏈表反轉(zhuǎn)

    /**
     * 遞歸實現(xiàn)鏈表反轉(zhuǎn)，遞歸方法執(zhí)行完成后，head就從 頭結(jié)點->尾結(jié)點 中的起始點（頭結(jié)點）變成了 尾結(jié)點->頭結(jié)點 中的起始點（尾結(jié)點）
     *
     * @param head 頭結(jié)點
     * @param prev 存儲上一個結(jié)點
     */
    public static Node recursionNode2(Node head, Node prev) {
        if (null == head.next) {
            // 設定遞歸終止條件
            head.next = prev;
            return head;
        }
        Node tempNext = head.next;
        head.next = prev;
        prev = head;
        head = tempNext;
        Node result = recursionNode2(head, prev);
        return result;
    }

測試結(jié)果：

    public static void main(String[] args) {
        // 構(gòu)造測試用例，鏈表指向為 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;
        // 輸出測試用例
        System.out.println("原始鏈表指向為：");
        printNode(head);

        // 新遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表
        System.out.println("新遞歸方式反轉(zhuǎn)鏈表指向為：");
        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;
        }
    }

運行結(jié)果截圖：

可以看到，經(jīng)過改善的新遞歸方法實現(xiàn)了預期的效果！

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