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如何在 Java 单链表中安全移除包含头节点的环

聖光之護

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发布时间:2026-01-28 10:14:24

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来源于php中文网

原创

如何在 Java 单链表中安全移除包含头节点的环

本文详解单链表检测并移除环时,因环起点为头节点导致 `prev` 为 `null` 而引发 `nullpointerexception` 的根本原因,并提供带哨兵节点(dummy node)的标准修复方案,确保算法对任意环位置(包括自环、头环)均鲁棒有效。

在使用 Floyd 判圈算法(快慢指针)检测并移除链表环时,一个常见但易被忽视的问题是:当环的入口节点恰好是链表头节点(即 Head 自身在环中)时,标准的“找前驱断链”逻辑会失效。问题代码中,removeCycle() 方法在第二阶段尝试用 prev 记录 fast 的前驱节点,但若环入口为 Head,则 slow 与 fast 在首次相遇后立即进入 while(slow != fast) 循环——此时 slow == Head,fast == Head,循环体一次都不执行,prev 始终为 null,最终 prev.next = null 触发空指针异常。

根本原因在于:原算法假设环入口非头节点,使得 slow 和 fast 在重置后需至少移动一次才能相遇,从而保证 prev 被赋值;但当入口为头节点时,二者初始即相等,跳过整个循环,prev 未初始化。

✅ 正确解法:引入哨兵节点(dummy node)
在链表头部插入一个临时哑节点,将原 Head 变为 dummy.next。这样,即使环入口是原 Head,在新结构中它也变为“非头节点”,slow 与 fast 必然需要移动才能相遇,prev 必然被正确赋值。哨兵节点仅在方法内存在,退出后自动被垃圾回收,零副作用。

以下是修复后的完整实现:

public static int removeCycle() {
    // 创建哨兵节点,避免头节点为环入口时 prev 未初始化
    Node dummy = new Node(0);
    dummy.next = Head;

    Node slow = dummy;
    Node fast = dummy;
    boolean hasCycle = false;

    // 第一阶段:Floyd 检测环
    while (fast != null && fast.next != null) {
        slow = slow.next;
        fast = fast.next.next;
        if (slow == fast) {
            hasCycle = true;
            break;
        }
    }

    if (!hasCycle) {
        return 0; // 无环
    }

    // 第二阶段:定位环入口的前驱节点
    slow = dummy;
    Node prev = null;
    while (slow != fast) {
        prev = fast;      // prev 始终指向 fast 的前一个节点(在移动前)
        slow = slow.next;
        fast = fast.next;
    }
    // 此时 prev 是环入口节点的前驱,断开环
    prev.next = null;
    return 1;
}

⚠️ 注意事项:

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  • 主函数调用验证需修正:原代码 System.out.println(Head.next.next.next.next.data) 试图访问 null 的 data 字段,必然抛异常。应改为打印引用本身(如 System.out.println(Head.next.next.next.next);),输出 null 即表示断链成功。
  • 哨兵节点生命周期安全:dummy 是局部变量,方法返回后不可达,JVM 会自动回收,无需手动处理。
  • 时间/空间复杂度:仍为 O(n) 时间、O(1) 空间,未增加额外开销。

总结:处理链表环问题时,必须覆盖所有边界场景。哨兵节点是解决“头节点为环入口”这一经典陷阱的简洁、通用且工程友好的方案。它不改变原链表结构语义,仅在算法执行期提供统一入口,是链表操作中值得熟练掌握的设计模式。

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