8.2 链表专题：LeetCode 24. 两两交换链表中的节点

图解两两交换链表节点｜虚拟头节点与四指针法高效实现

本文以LeetCode经典链表操作为例，深入讲解如何通过虚拟头节点与四指针法实现时间复杂度O(n)的高效节点交换，详解边界处理与指针操作技巧。

---

1. 题目链接

LeetCode 24. 两两交换链表中的节点

2. 题目描述

给定一个链表，两两交换相邻节点，要求不能修改节点内部值，仅通过修改指针完成操作。若链表长度为奇数，最后一个节点保持原位。

示例说明
输入：head = [1,2,3,4]
输出：[2,1,4,3]
解释：第一组交换1↔2，第二组交换3↔4

输入：head = [5]
输出：[5]
解释：单个节点无需处理

---

3. 示例分析

示例1：偶数长度链表

原始链表：
Dummy→1→2→3→4→∅（Dummy为虚拟头节点）
第一轮交换：
Dummy→2→1→3→4→∅
指针移动后：
Dummy→2→1→3→4→∅
第二轮交换：
Dummy→2→1→4→3→∅

示例2：奇数长度链表

原始链表：
Dummy→A→B→C→∅
处理过程：

• 交换A↔B → Dummy→B→A→C→∅
• C无后续节点，终止操作

---

4. 算法思路

核心：四指针联动法

1. 虚拟头节点：避免处理头节点特殊逻辑
2. 四指针体系：
   • prev：当前组前驱节点
   • cur：当前待交换首节点
   • next：当前待交换次节点
   • nnext：下一组的首节点
3. 三步交换法：

   Step1: prev → next
   Step2: next → cur 
   Step3: cur → nnext
   

执行流程图示

初始状态： [prev]→[cur]→[next]→[nnext]
执行交换： [prev]→[next]→[cur]→[nnext]
移动指针：          prev → cur → ...

---

5. 边界条件与注意事项

关键边界处理

1. 空链表或单节点链表：直接返回原链表
2. 奇数长度链表：最后一节点不处理
3. 指针越界防护：

   if(cur) next = cur->next;      // 检查next是否存在
   if(next) nnext = next->next;   // 检查nnext是否存在
   

易错点警示

1. 指针更新顺序错误：必须先修改prev->next再移动指针
2. 内存泄漏风险：虚拟头节点必须显式释放
3. 循环条件设计：

   while(cur && next) // 必须同时存在两个待交换节点
   

---

6. 代码实现

class Solution {
public:
    ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
        if (!head || !head->next) return head;
        
		 // 创建虚拟头节点
        ListNode* newhead = new ListNode(0);
        newhead->next = head;
        
        // 初始化四指针体系
        ListNode *prev = newhead, *cur = prev->next;
        ListNode *next = cur->next, *nnext = next->next;

        while (cur && next) { // 存在可交换节点对
            // Step1: 前驱节点链接次节点
            prev->next = next; 
            // Step2: 次节点逆指回首节点
            next->next = cur;  
            // Step3: 首节点链接后续节点
            cur->next = nnext; 

            // 移动指针准备下一组交换
            prev = cur;              // 前驱移至当前组末尾
            cur = nnext;             // 当前节点移至下一组
            next = cur ? cur->next : nullptr; // 安全获取next
            nnext = next ? next->next : nullptr; // 安全获取nnext
        }

        ListNode* res = newhead->next;
        delete newhead; // 释放虚拟头节点
        return res;
    }
};

---

总结

本算法通过虚拟头节点与四指针体系，以O(n)时间复杂度和O(1)空间复杂度高效完成节点交换。关键点在于：1）利用prev维护链表连续性；2）严格把控指针移动顺序；3）安全防护指针越界。掌握该解法后，可轻松应对各类链表变形操作题目，如K个一组翻转链表等进阶题型。