图解算法：单链表两两反转 | 眼睛会了手就会系列

一. 序

链表作为一种基本的数据结构，本身理解起来，很简单。它通过指针或者叫引用，将一组零散的内存空间（结点），串联起来组成一个数据存储结构。

链表根据其指针的指向和丰富程度，可以分为单链表、双向链表、循环链表、双向循环链表。其差别就是，是否在单链表的基础上为结点，增加更丰富的指针，让其实现更丰富的功能。

链表虽然很好理解，但是链表的代码，写起来却并不是那么容易，尤其上一些对单链表的操作，例如链表反转、链表双双反转、有序链表合并等。

你可以自己试试，放下手机拿起纸笔，来一场模拟面试，就是写一个单链表两两反转，看看能否一次通过。

写链表代码的时候，指针指来指去，很容易就把指针丢失，造成链表断裂。所以在操作链表时，其操作顺序就是我们着重关注的点。

虽然链表代码写起来不容易，但链表又是面试的常客，一些常见的算法实现，也是我们开发者必须要掌握的。

之前写过单链表反转的三种解法（戳我了解），今天再来聊聊它的升级版，链表两两反转，这也是 Leetcode 第 24 题，算是面试常客了。

二. 单链表两两反转

2.1 什么是单链表两两反转？

单链表反转比较好理解，就是逆序嘛，但是两两反转是什么意思呢？

我们知道，单链表是由指针，将一个一个结点串联起来的数据结构。那么我们将这些结点，两个为一组，在组内进行反转，就是两两反转了。

单链表两两反转这种题，非常适合用递归的思想来解决，将每一步操作都封闭在一个小单元内，然后重复操作。

通常递归能做的，循环也能做，所以我们就这两种解法，分别讲解。

2.2 循环解法

无论是使用循环还是递归，其实都是将链表结点交换的步骤拆解，放在一个个小循环（递归）中去处理。相对于递归，循环法在结点的使用步骤上更清晰，我们就以循环法作为切入点。

递归或循环，其核心就是找到抽象模型，在每个调用步骤中，不断重复相同的事情。

在单链表两两反转中，看似是在处理两个结点，但其实是在处理 4 个结点之间的关系。

除了待反转的 A、B 两个结点之外，还需要操作 A 的前驱结点 prev 结点和 B 的 Next 结点 b-next 结点。

我们每次反转，其实就在操作这四个结点，其中的操作步骤很重要。

如图所示，步骤 ① 操作有两步操作，因为其操作的指针互不影响，所以在写代码的时候不分先后，在保证 prev 指针和 b-next 指针的指向无错后，就可以开始 A、B 结点的反转，也就是步骤 ②。

最后我们只需要将我们关注的结点前移，就可以进入下一次循环。

在这个步骤中，我们在操作 4 个结点的指针，但是其实每次初始的结点，只有 A 的前驱结点 prev 结点。为了保证循环内的操作一致，我们可以在链表前，加一个虚拟的头结点，来辅助我们，让代码更简洁。

到这里，各个步骤就清晰了，每次反转两个结点，然后前移 dummy 指针。

最后，还需要再注意一些边界条件，注意我们的循环，什么时候停止。

在单链表两两反转的场景下，链表的结点数，有单有双，当结点数为单数时，最后一个结点已经找不到可以反转交换的结点了，此时保持不变即可。

接下来直接上循环代码了，这里使用我们熟悉的 Java 代码来实现。

public ListNode swapPairs(ListNode head){
  // 链表头增加虚拟结点 dummy
  ListNode dummy = new ListNode(-1);
  dummy.next = head;
  head = dummy;
  // 循环退出条件，注意链表结点数单双的情况
  while(head.next != null && head.next.next != null){
    // 开始反转
    ListNode a = head.next;
    ListNode b = a.next;
    head.next = b; // 步骤①
    a.next = b.next; // 步骤①
    b.next = a; // 步骤②
    // dummy 指针前移
    head = a;
  }
  return dummy.next;
}

代码中的注释已经很清晰了，首先在链表头插入一个虚拟结点 dummy，之后开启循环，循环退出的条件就是走到了链表尾部的边界，需要注意结点数为单、双两种情况。之后再按照前文中图解的步骤，开始操作链表指针实现两两反转，最后前移 dummy 指针。

2.3 递归解法

递归的解法，相对于循环解法，代码量上就少很多，看着也清爽了。主要是因为递归，通过一层层的调用，在方法栈上存储了存储了一些变量就是我们待操作的结点。

在这里，在递归里，我们依然关注三个问题，递归解决的小问题、终止条件以及返回值。

递归的解法，直接看代码比较清晰。

public ListNode swapPairs(ListNode head) {
  if (head == null || head.next == null) {
    return head;
  }
  ListNode next = head.next;
  head.next = swapPairs(next.next);
  next.next = head;
  return next;
}

再结合之前操作步骤的图解。

递归的方法比较绕，结合上图，找到思路，循环是一次从前向后的移动操作窗口，而递推是从后向前移动操作窗口。注意递归终止条件以及每次递归操作时，结点指针的轮转，多想多练就清晰了。

三. 小结时刻

到这里对单链表的两两反转，就讲解完毕。

写链表代码，除了考验逻辑思维能力，还考验编码能力，多写多练才是核心。

注意其中的边界条件以及每个操作单元中，结点指针的交换轮转。这其中的每个步骤的操作顺序，都通过图解的方式讲解清楚了，有疑问欢迎在留言去讨论。

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