206. 反转链表

给你单链表的头节点 head ，请你反转链表，并返回反转后的链表。

示例 1：

**输入：**head = [1,2,3,4,5]
输出：[5,4,3,2,1]

示例 2：

**输入：**head = [1,2]
输出：[2,1]

示例 3：

**输入：**head = []
输出：[]

提示：

链表中节点的数目范围是 [0, 5000]
-5000 <= Node.val <= 5000

**进阶：**链表可以选用迭代或递归方式完成反转。你能否用两种方法解决这道题？

方法一：迭代

就是将整个链表的指针反转

假设链表为 1→2→3→∅，我们想要把它改成 ∅←1←2←3。

在遍历链表时，将当前节点的 next 指针改为指向前一个节点。由于节点没有引用其前一个节点，因此必须事先存储其前一个节点。在更改引用之前，还需要存储后一个节点。最后返回新的头引用。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        // 初始化一个指向前一个节点的指针，开始时为 null
        ListNode prev = null;
        // 当前指针指向链表的头节点
        ListNode curr = head;
        // 遍历整个链表，直到当前节点为 null
        while (curr != null) {
            // 保存当前节点的下一个节点，以便后续遍历
            ListNode next = curr.next;
            // 反转当前节点的指向，使其指向前一个节点
            curr.next = prev;
            // 将 prev 更新为当前节点，为下次遍历准备
            prev = curr;
            // 将 curr 更新为下一个节点，继续遍历
            curr = next;
        }
        // 返回反转后的链表头节点，prev 现在指向原链表的最后一个节点
        return prev;
    }
}

复杂度分析

时间复杂度：O(n)，其中 n 是链表的长度。需要遍历链表一次。
空间复杂度：O(1)。

方法二：递归

递归版本稍微复杂一些，其关键在于反向工作。假设链表的其余部分已经被反转，现在应该如何反转它前面的部分？

假设链表为：
n1→…→nk−1→nk→nk+1→…→nm→∅

若从节点 nk+1 到 nm 已经被反转，而我们正处于 nk。

n1→…→nk−1→nk→nk+1←…←nm

我们希望 nk+1 的下一个节点指向 nk。

所以，nk.next.next=nk。

需要注意的是 n1 的下一个节点必须指向 ∅。如果忽略了这一点，链表中可能会产生环。

/**
 * 以链表1->2->3->4->5举例
 * @param head
 * @return
 */
public ListNode reverseList(ListNode head) {
    if (head == null || head.next == null) {
        /*
            直到当前节点的下一个节点为空时返回当前节点
            由于5没有下一个节点了，所以此处返回节点5
         */
        return head;
    }
    //递归传入下一个节点，目的是为了到达最后一个节点
    ListNode newHead = reverseList(head.next);
            /*
        第一轮出栈，head为5，head.next为空，返回5
        第二轮出栈，head为4，head.next为5，执行head.next.next=head也就是5.next=4，
                  把当前节点的子节点的子节点指向当前节点
                  此时链表为1->2->3->4<->5，由于4与5互相指向，所以此处要断开4.next=null
                  此时链表为1->2->3->4<-5
                  返回节点5
        第三轮出栈，head为3，head.next为4，执行head.next.next=head也就是4.next=3，
                  此时链表为1->2->3<->4<-5，由于3与4互相指向，所以此处要断开3.next=null
                  此时链表为1->2->3<-4<-5
                  返回节点5
        第四轮出栈，head为2，head.next为3，执行head.next.next=head也就是3.next=2，
                  此时链表为1->2<->3<-4<-5，由于2与3互相指向，所以此处要断开2.next=null
                  此时链表为1->2<-3<-4<-5
                  返回节点5
        第五轮出栈，head为1，head.next为2，执行head.next.next=head也就是2.next=1，
                  此时链表为1<->2<-3<-4<-5，由于1与2互相指向，所以此处要断开1.next=null
                  此时链表为1<-2<-3<-4<-5
                  返回节点5
        出栈完成，最终头节点5->4->3->2->1
     */
    head.next.next = head;
    head.next = null;
    return newHead;
}