链表（Linked List）
链表是一种线性数据结构，由一系列节点（Node）通过指针链接在一起。与数组不同，链表中的元素在内存中不需要连续存储，每个节点包含两部分：
- 数据部分：存储节点的值或数据。
- 指针部分：存储指向下一个节点的地址（单链表）或上一个和下一个节点的地址（双向链表）。
链表的类型主要有以下几种：
- 单链表：每个节点只指向下一个节点。
- 双向链表：每个节点既有指向下一个节点的指针，也有指向上一个节点的指针。
- 循环链表：链表的最后一个节点指向链表的头节点，形成循环。
链表的特点：
- 动态大小：可以根据需要动态地增加或减少元素，无需预分配存储空间。
- 插入/删除效率高：在链表的任意位置进行插入或删除操作只需修改指针，不涉及大量元素的移动，效率较高。
- 随机访问效率低：由于链表不支持直接访问任意位置的元素，需要通过遍历来查找特定位置的节点。
如下图所示：
题目要求
实现一个单链表的反转函数。给定一个单链表的头节点，将该链表反转，并返回新的头节点（即反转前的最后一个节点）。不允许改变链表节点的位置，要求就地反转链表，即在原链表上直接修改节点指针的方向。
做题思路
1、定义链表节点
首先，需要定义一个结构体来表示链表节点，其中包含存储数据的字段和指向下一个节点的指针。
2、反转过程
初始化三个指针：
- prev（前一个节点），初始为nullptr；
- curr（当前节点），初始为头节点；
- next（下一个节点），用于临时存储当前节点的下一个节点，防止链表断裂。
遍历链表，在每次迭代中：
- 将next指针指向curr的下一个节点。
- 将curr的next指针指向prev，实现反转。
- 将prev和curr分别移动到curr和next的位置，继续遍历。
- 当遍历完成时，prev将指向新的头节点（curr指针此时已在最后一次while循环中被指向原来尾结点的空指针）。
3、返回结果：返回新的头节点指针prev。
过程解析
- 在反转过程中，需要小心处理指针的指向，确保链表不会断裂。
- 使用临时指针next来保存当前节点的下一个节点是非常重要的，因为在反转curr节点的next指针之前，必须知道下一个节点是什么，以便在迭代中继续前进。
- 反转完成后，原来的头节点将变为尾节点，其next指针在第一次while循环中被指向nullptr。
运用到的知识点
- 结构体定义和初始化。
- 指针操作，包括指针的声明、赋值和比较。
- 循环结构，用于遍历链表。
- 基本的内存管理概念（虽然在这个示例中没有显式释放内存，但在实际应用中需要注意避免内存泄漏）。
复杂度分析
- 时间复杂度：每个节点遍历一次，时间复杂度为O(n)，其中n为链表节点个数。
- 空间复杂度：由于只使用了固定的额外指针空间，没有使用额外的存储结构，因此空间复杂度为O(1)。
示例代码
C 实现：
#include <stdio.h> // 包含标准输入输出头文件，用于输入输出操作
#include <stdlib.h> // 包含标准库头文件，用于动态内存分配等操作
// 定义链表节点结构
struct Node {
int data; // 节点存储的数据
struct Node* next; // 指向下一个节点的指针
};
// 反转单链表函数
struct Node* reverseLinkedList(struct Node* head) {
struct Node* prev = NULL; // 用于保存前一个节点，初始化为NULL，因为头节点前面没有节点
struct Node* curr = head; // 当前节点，初始化为链表头
struct Node* next = NULL; // 用于保存下一个节点，防止链表在反转过程中断裂
// 遍历链表并反转指针
while (curr != NULL) { // 当当前节点不为NULL时，继续循环
next = curr->next; // 保存当前节点的下一个节点，因为接下来当前节点的next会被改变
curr->next = prev; // 将当前节点的next指向前一个节点，实现指针反转
prev = curr; // 前一个节点移动到当前节点位置，准备下一个节点的反转
curr = next; // 当前节点移动到下一个节点，继续反转操作
}
return prev; // 当链表遍历完成，prev将指向新的头节点，返回它
}
// 打印链表函数
void printList(struct Node* head) {
struct Node* temp = head; // 使用临时指针遍历链表
while (temp != NULL) { // 当临时指针不为NULL时，继续循环
printf("%d -> ", temp->data); // 打印当前节点的数据
temp = temp->next; // 移动到下一个节点
}
printf("NULL\n"); // 打印链表结束标志
}
// 创建新节点函数
struct Node* createNode(int data) {
struct Node* newNode = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node)); // 动态分配内存给新节点
newNode->data = data; // 设置新节点的数据
newNode->next = NULL; // 新节点的next指针初始化为NULL，表示它后面没有节点
return newNode; // 返回新节点的指针
}
int main()
{
// 创建链表 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> NULL
struct Node* head = createNode(1); // 创建头节点，数据为1
head->next = createNode(2); // 创建第二个节点，数据为2，链接到头节点后面
head->next->next = createNode(3); // 创建第三个节点，数据为3，链接到第二个节点后面
head->next->next->next = createNode(4); // 创建第四个节点，数据为4，链接到第三个节点后面
head->next->next->next->next = createNode(5); // 创建第五个节点，数据为5，链接到第四个节点后面
printf("原始链表: \n"); // 打印提示信息
printList(head); // 打印原始链表
// 反转链表
head = reverseLinkedList(head); // 调用反转函数，并将返回的新头节点赋值给head
printf("反转后的链表: \n"); // 打印提示信息
printList(head); // 打印反转后的链表
return 0; // 程序正常结束
}C++ 实现：
#include <iostream> // 引入标准输入输出流库
using namespace std; // 使用标准命名空间，简化代码中的std::前缀
// 定义一个链表节点的结构体
struct Node {
int data; // 节点中存储的数据
Node* next; // 指向下一个节点的指针
// 构造函数，用于初始化节点数据并设置next指针为nullptr
Node(int val) : data(val), next(nullptr) {}
};
// 反转单链表的函数
Node* reverseLinkedList(Node* head) {
Node* prev = nullptr; // 定义一个指针prev用于保存前一个节点，初始化为nullptr
Node* curr = head; // 定义一个指针curr指向当前节点，初始化为链表头节点
Node* next = nullptr; // 定义一个指针next用于临时保存当前节点的下一个节点，防止链表断裂
// 遍历链表并反转指针方向
while (curr != nullptr) {
next = curr->next; // 保存当前节点的下一个节点
curr->next = prev; // 将当前节点的next指针指向前一个节点，实现反转
prev = curr; // 将prev指针移动到当前节点位置
curr = next; // 将curr指针移动到下一个节点，继续反转
}
return prev; // 当遍历完成后，prev将指向新的头节点，返回它
}
// 打印链表的函数
void printList(Node* head) {
Node* temp = head; // 定义一个临时指针temp用于遍历链表
while (temp != nullptr) {
cout << temp->data << " -> "; // 打印当前节点的数据
temp = temp->next; // 移动到下一个节点
}
cout << "NULL" << endl; // 打印链表结束标志
}
// 创建一个新节点的函数
Node* createNode(int data) {
return new Node(data); // 使用构造函数创建一个新节点，并返回其指针
}
int main()
{
// 创建链表 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> NULL
Node* head = createNode(1); // 创建头节点，数据为1
head->next = createNode(2); // 创建第二个节点，数据为2，并链接到头节点后
head->next->next = createNode(3); // 创建第三个节点，数据为3，并链接到第二个节点后
head->next->next->next = createNode(4); // 创建第四个节点，数据为4，并链接到第三个节点后
head->next->next->next->next = createNode(5); // 创建第五个节点，数据为5，并链接到第四个节点后
cout << "原始链表: " << endl; // 打印提示信息
printList(head); // 调用printList函数打印原始链表
// 反转链表
head = reverseLinkedList(head); // 调用reverseLinkedList函数反转链表，并更新头节点指针
cout << "反转后的链表: " << endl; // 打印提示信息
printList(head); // 调用printList函数打印反转后的链表
return 0; // 程序正常结束
}