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剑指 Offer 36. 二叉搜索树与双向链表

输入一棵二叉搜索树，将该二叉搜索树转换成一个排序的循环双向链表。要求不能创建任何新的节点，只能调整树中节点指针的指向。

为了让您更好地理解问题，以下面的二叉搜索树为例：

我们希望将这个二叉搜索树转化为双向循环链表。链表中的每个节点都有一个前驱和后继指针。对于双向循环链表，第一个节点的前驱是最后一个节点，最后一个节点的后继是第一个节点。

下图展示了上面的二叉搜索树转化成的链表。“head”表示指向链表中有最小元素的节点。

特别地，我们希望可以就地完成转换操作。当转化完成以后，树中节点的左指针需要指向前驱，树中节点的右指针需要指向后继。还需要返回链表中的第一个节点的指针。

注意：本题与主站 426 题相同：https://leetcode-cn.com/problems/convert-binary-search-tree-to-sorted-doubly-linked-list/

注意：此题对比原题有改动，即这里需要形成循环链表。

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解题思路

根据二叉搜索树的特点，我们知道对其进行中序遍历，得到的元素顺序刚好就是有序的。

我们只需要在中序遍历的时候，用一个pre指针保存当前遍历节点cur的前一个节点即可。

回忆一下我们最开始学二叉树中序遍历时候的代码：

public void inOrder(TreeNode root){
    if(root.left != null){
        inOrder(root.left);
    }

    System.out.println(root.val);

    if(root.right != null){
        inOrder(root.right);
    }
}

上面的代码就是按二叉树的中序遍历，打印出每个节点的值。

而本题中我们不是要打印出当前节点cur(代码中我写的root）的值，而是需要将他连在他的前一个节点pre的后面。我们让pre.right = cur即可，但要形成双向链表，故cur也应该有一个指针指向pre才行，因为中序遍历到了cur节点，根据中序遍历特性，说明cur节点的左子树是访问结束了的，可以放心的改他的left指针，因此我们让cur.left = pre，这样就形成了双向链表了。

最后一步，找到链表的头节点和尾结点，将他们相连形成循环链表。

Java代码

/*
// Definition for a Node.
class Node {
    public int val;
    public Node left;
    public Node right;

    public Node() {}

    public Node(int _val) {
        val = _val;
    }

    public Node(int _val,Node _left,Node _right) {
        val = _val;
        left = _left;
        right = _right;
    }
};
*/
class Solution {
    //建立了一个Node指针而已，而不是新建了一个节点，故还是符合题目不能新建节点的要求的
      private Node pre = null;

    public Node treeToDoublyList(Node root) {
        if(root == null) return root;

        inOrder(root);

        //现在pre指向的是链表的尾结点，
        //我们要找到头节点，将他们相连形成循环双向链表
        Node cur = pre;
        while(cur.left != null){
            cur = cur.left;
        }
        cur.left = pre;
        pre.right = cur;

        return cur;
    }

    private void inOrder(Node root){
        if(root.left != null){
            inOrder(root.left);
        }
        //第一个节点最开始没有前一节点，为了统一操作所有节点，所以该if不能省
        if(pre != null){
            pre.right = root;
            root.left = pre;
        }
        pre = root;//更新pre为当前节点，因为当前节点就是下一个节点的前一节点

        if(root.right != null){
            inOrder(root.right);
        }
    }
}

要注意的一个地方

细心的朋友可能会发现，这里的pre我设置成了成员变量，而不是作为参数传递。可能你会觉得这也没什么，作为成员变量不过就是可以避免每次调用函数时都要多写这个参数而已，那你就错了。这里pre必须作为成员变量，而不能作为参数传递，因为我们知道java中都是进行值传递的，传递一个引用对象进去，在形参里面改变他的成员变量会改变实参（原对象），但是形参改变指向的话并不会影响实参（原对象）的指向。

为了表述简单，以链表为例画图如下：

所以如果我们将代码写成下面的形式，则TreeToDoublyList函数中pre一直是指向null的，这样我们就不方便找训练链表的首尾指针了。而写成成员变量则每次改变的都是pre成员变量，他最后就是指着树的中序遍历的最后一个节点，也就是链表的尾结点。

/*
// Definition for a Node.
class Node {
    public int val;
    public Node left;
    public Node right;

    public Node() {}

    public Node(int _val) {
        val = _val;
    }

    public Node(int _val,Node _left,Node _right) {
        val = _val;
        left = _left;
        right = _right;
    }
};
*/
class Solution {
    public Node treeToDoublyList(Node root) {
        if(root == null) return root;
        Node pre = null;
        inOrder(root,pre);

        //现在pre指向的是链表的尾结点，
        //我们要找到头节点，将他们相连形成循环双向链表
        Node cur = pre;
        while(cur.left != null){
            cur = cur.left;
        }
        cur.left = pre;
        pre.right = cur;

        return cur;
    }

    private void inOrder(Node root,Node pre){
        if(root.left != null){
            inOrder(root.left,pre);
        }

        if(pre != null){
            pre.right = root;
            root.left = pre;
        }
        pre = root;

        if(root.right != null){
            inOrder(root.right,pre);
        }
    }
}