[剑指offer]面试题15：链表中倒数第k个结点

Posted 2021-05-20 Wecccccccc

面试题15：链表中倒数第k个结点
题目：输入一个链表，输出该链表中倒数第 k 个结点。为了符合大多数人的习惯，本题从1 开始计数，即链表的尾结点是倒数第1 个结点。例如一个链表有6个结点，从头结点开始它们的值依次是1、2、3、4、5、6。这个链表的倒数第3个结点是值为4的结点。
链表结点定义如下：

struct ListNode
{
	int value;
	ListNode *next;
};

为了实现只遍历链表一次就能找到倒数第 k 个结点，我们可以定义两个指针。
第一个指针从链表的头指针开始遍历向前走k-1，第二个指针保持不动；
从第 k 步开始，第二个指针也开始从链表的头指针开始遍历。
由于两个指针的距离保持在k-1，当第一个（走在前面的）指针到达链表的尾结点时，第二个指针（走在后面的）指针正好是倒数第k个结点。

代码如下:

ListNode *FindKthToTail(ListNode *pListHead, unsigned int k)
{
	ListNode *pAhead = pListHead;
	ListNode *pBehind = nullptr;
	for (unsigned int i = 0; i < k - 1; i++)
	{
		pAhead = pAhead->next;
	}

	pBehind = pListHead;

	while (pAhead->next != nullptr)
	{
		pAhead = pAhead->next;
		pBehind = pBehind->next;
	}
	return pBehind;
}

以上面的代码为例，面试官可以找出3种办法让这段代码崩溃：

1. 输入的pListHead为空指针。由于代码会试图访问空指针指向的内存，程序崩溃。
2. 输入的以pListHead为头结点的链表的结点总数少于k。由于在for循环中会在链表上向前走k-1步，仍然会由于空指针造成程序崩溃。
3. 输入的参数k为0。由于k是一个无符号整数，那么在for循环中k-1得到的将不是-1，而是4294967295（无符号的0xFFFFFFFF）。因此for循环执行的次数远远超出我们的预计，同样也会造成程序崩溃。

写代码要特别注意鲁棒性。

针对前面指出的 3 个问题，我们要分别处理。

1. 如果输入的链表头指针为 NULL，那么整个链表为空，此时查找倒数第 k 个结点自然应该返回NULL。
2. 如果输入的k是0，也就是试图查找倒数第0个结点，由于我们计数是从1 开始的，因此输入0 没有实际意义，也可以返回NULL。
3. 如果链表的结点数少于 k，在 for 循环中遍历链表可能会出现指向 NULL的m_pNext，因此我们在for循环中应该加一个if判断。

修改之后的代码如下：

ListNode *FindKthToTail(ListNode *pListHead, unsigned int k)
{
	if (pListHead == nullptr || k == 0) return nullptr;

	ListNode *pAhead = pListHead;
	ListNode *pBehind = nullptr;

	for (unsigned int i = 0; i < k - 1; i++)
	{
		if (pAhead->next != nullptr)
		{
			pAhead = pAhead->next;
		}
		else return nullptr;
	}

	pBehind = pListHead;
	while (pAhead->next != nullptr)
	{
		pAhead = pAhead->next;
		pBehind = pBehind->next;
	}
	return pBehind;
}

测试用例：
● 功能测试（第k 个结点在链表的中间，第k 个结点是链表的头结点，第k个结点是链表的尾结点）。
● 特殊输入测试（链表头结点为 NULL 指针，链表的结点总数少于k，k等于0）。
本题考点：
● 考查对链表的理解。
● 考查代码的鲁棒性。鲁棒性是解决这道题的关键所在。如果应聘者写出的代码有着多处崩溃的潜在风险，那么他是很难通过这轮面试的。
相关题目：
● 求链表的中间结点。如果链表中结点总数为奇数，返回中间结点；如果结点总数是偶数，返回中间两个结点的任意一个。为了解决这个问题，我们也可以定义两个指针，同时从链表的头结点出发，一个指针一次走一步，另一个指针一次走两步。当走得快的指针走到链表的末尾时，走得慢的指针正好在链表的中间。
● 判断一个单向链表是否形成了环形结构。和前面的问题一样，定义两个指针，同时从链表的头结点出发，一个指针一次走一步，另一个指针一次走两步。如果走得快的指针追上了走得慢的指针，那么链表就是环形链表；如果走得快的指针走到了链表的末尾（m_pNext指向NULL）都没有追上第一个指针，那么链表就不是环形链表。