合并两个有序链表

题面

将两个升序链表合并为一个新的 升序 链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。

示例 1：

输入： l1 = [1,2,4], l2 = [1,3,4] 输出：[1,1,2,3,4,4]

示例 2：

输入： l1 = [], l2 = [] 输出：[]

示例 3：

输入： l1 = [], l2 = [0] 输出：[0]

提示：

• 两个链表的节点数目范围是 [0, 50]
• -100 <= Node.val <= 100
• l1 和 l2 均按 非递减顺序 排列

分析

• 显然，可以使用两个指针，遍历之后就将另一个链表的节点加入到另一个链表中

• 代码实现

  /**
   * Definition for singly-linked list.
   * struct ListNode {
   *     int val;
   *     ListNode *next;
   *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
   *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
   *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
   * };
   */
  class Solution {
  public:
      ListNode* mergeTwoLists(ListNode* list1, ListNode* list2) {
          if (list1 == nullptr)
              return list2;
          if (list2 == nullptr)
              return list1;
          ListNode *p1 = list1, *p2 = list2;
          ListNode *pre = nullptr, *res = p1;
          while (p2 != nullptr) {
              while (p1 != nullptr && p2->val > p1->val) {
                  pre = p1;
                  p1 = p1->next;
              }
              ListNode* temp = p2->next;
              if (pre != nullptr)
                  pre->next = p2;
              else
                  res = p2;
              p2->next = p1;
              p1 = p2;
              p2 = temp;
          }
          return res;
      }
  };

• 可以添加一个虚拟头节点，来避免处理 pre == nullptr 的额外逻辑

  /**
   * Definition for singly-linked list.
   * struct ListNode {
   *     int val;
   *     ListNode *next;
   *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
   *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
   *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
   * };
   */
  class Solution {
  public:
      ListNode* mergeTwoLists(ListNode* list1, ListNode* list2) {
          // 定义哑节点（哨兵节点），初始值任意，仅作为临时头节点
          ListNode* dummy = new ListNode(-1);
          // 定义一个指针cur，用于遍历并构建新链表
          ListNode* cur = dummy;
          // 当两个链表都不为空时，比较当前节点值，选择更小的接入新链表
          while (list1 != nullptr && list2 != nullptr) {
              if (list1->val <= list2->val) {
                  cur->next = list1;  // 接入list1的当前节点
                  list1 = list1->next;// list1指针后移
              } else {
                  cur->next = list2;  // 接入list2的当前节点
                  list2 = list2->next;// list2指针后移
              }
              cur = cur->next;        // cur指针后移，准备接入下一个节点
          }
  
          // 处理剩余的节点（其中一个链表已遍历完，直接接入另一个的剩余部分）
          cur->next = list1 != nullptr ? list1 : list2;
  
          // 哑节点的next才是真正的头节点，最后释放哑节点避免内存泄漏
          ListNode* res = dummy->next;
          delete dummy;
          return res;
      }
  };

• 通过哑节点，可以将根据大小的比较，逐个将新节点移动到哑节点上，避免直接将节点挪到另一个链表上时的复杂逻辑

• 也可以用递归来实现，递归逻辑如下

  $$\mathrm{merge}(\mathit{list1}, \mathit{list2}) = \begin{cases} \mathit{list1}[0] + \mathrm{merge}(\mathit{list1}[1:], \mathit{list2}) & \mathit{list1}[0] < \mathit{list2}[0] \\ \mathit{list2}[0] + \mathrm{merge}(\mathit{list1}, \mathit{list2}[1:]) & \text{otherwise} \end{cases}$$

• 即，两个链表头部值较小的一个节点与剩下元素的 merge 操作结果合并

• 代码实现如下

  class Solution {
  public:
      ListNode* mergeTwoLists(ListNode* l1, ListNode* l2) {
          if (l1 == nullptr) {
              return l2;
          } else if (l2 == nullptr) {
              return l1;
          } else if (l1->val < l2->val) {
              l1->next = mergeTwoLists(l1->next, l2);
              return l1;
          } else {
              l2->next = mergeTwoLists(l1, l2->next);
              return l2;
          }
      }
  };