虚拟头结点

虚拟头结点

一、题源：

203. 移除列表元素
问题描述

给你一个链表的头节点 head 和一个整数 val ，请你删除链表中所有满足 Node.val == val 的节点，并返回 新的头节点 。

二、 思路：

1、直接操作

从头节点开始遍历，判断指针指向的下一个节点值等不等于val，等于的话，执行删除下个节点的操作

参考代码如下

struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val){
    struct ListNode* ptr = head, *deletePtr;
    if(!ptr) return head;
    while(ptr->next)
    {
        if(ptr->next->val == val) 
        {
            deletePtr = ptr->next;
            ptr->next = deletePtr->next;
            free(deletePtr);
        }
        else ptr = ptr->next;
    }
    if(head->val == val)
    {
        deletePtr = head;
        head = deletePtr->next;
        free(deletePtr);
    }
    return head;
}

时间复杂度：$O(n)$
空间复杂度：$O(1)$

2、虚拟头节点

上面的方法需要额外考虑头节点，可以通过引入虚拟头节点来使删除操作的代码统一。

参考代码如下

struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val){
    struct ListNode* headNode = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
    headNode->next = head;
    struct ListNode* ptr = headNode, *deletePtr;
    while(ptr->next)
    {
        if(ptr->next->val == val) 
        {
            deletePtr = ptr->next;
            ptr->next = deletePtr->next;
            free(deletePtr);
        }
        else ptr = ptr->next;
    }
    head = headNode->next;
    free(headNode);
    return head;
}

时间复杂度：$O(n)$
空间复杂度：$O(1)$

三、相关题目及C语言实现

24. 两两交换链表中的节点

问题描述：

给你一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后链表的头节点。你必须在不修改节点内部的值的情况下完成本题（即，只能进行节点交换）。

实现：

struct ListNode* swapPairs(struct ListNode* head){
    struct ListNode* headNode = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
    headNode->next = head;
    struct ListNode* cur, * node1,* node2;
    cur = headNode;
    while(cur->next && cur->next->next)
    {
        node1 = cur->next;
        node2 = cur->next->next;
        cur->next = node2;
        node1->next = node2->next;
        node2->next = node1;
        cur = node1;
    }
    head = headNode->next;
    free(headNode);
    return head;
}

时间复杂度：$O(n)$
空间复杂度：$O(1)$

19. 删除链表的倒数第 N 个结点

问题描述：

给你一个链表，删除链表的倒数第 n 个结点，并且返回链表的头结点。

实现：

struct ListNode* removeNthFromEnd(struct ListNode* head, int n){
    struct ListNode* headNode = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
    struct ListNode* slow, * fast;
    headNode->next = head;
    slow = headNode;
    fast = headNode;
    for(int i = 0; i < n; i++)fast = fast->next;
    while(fast->next)
    {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next;
    }
    fast = slow->next;
    slow->next = fast->next;
    free(fast);
    head = headNode->next;
    free(headNode);
    return head;
}

时间复杂度：$O(n)$
空间复杂度：$O(1)$

四、总结

虚拟头节点适用于插入和删除链表结点的问题，这样可以避免对头结点做特殊判断和处理。