# 21. 合并两个有序链表

# 题目描述

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：list1 = [1,2,4], list2 = [1,3,4]
输出：[1,1,2,3,4,4]

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示例 2：

输入：list1 = [], list2 = []
输出：[]

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示例 3：

输入：list1 = [], list2 = [0]
输出：[0]

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2

提示：

两个链表的节点数目范围是 [0, 50]
-100 <= Node.val <= 100
list1 和 list2 均按非递减顺序排列

# 思路

两个链表本身已经有序，怎么利用这个条件呢？

只需要比较两个链表当前节点的值，谁更小，就把谁接到结果链表后面，然后让对应链表的指针向后移动一位。

例如 list1 当前是 2，list2 当前是 3，那么 2 一定是剩余节点中的最小值，可以放心地把节点 2 接入结果链表。

这里有两个问题需要想清楚。

第一个问题：结果链表的头结点怎么处理？

如果直接操作真正的头结点，每接入一个节点，都要判断结果链表是不是空。为了统一操作，我们定义一个虚拟头结点 dummy，再用 cur 指向结果链表的尾部：

dummy：固定不动，方便最后找到结果链表的头结点
cur：始终指向已合并部分的最后一个节点
list1、list2：分别指向两个链表中还没有处理的第一个节点

每轮循环只做三件事：

比较 list1->val 和 list2->val
把较小的节点接到 cur->next
移动被选中的链表指针，再移动 cur

第二个问题：如果一个链表先遍历完了怎么办？

另一个链表剩余部分本来就是有序的，并且其中所有节点都不小于已经合并的节点，所以不需要继续逐个比较，直接把剩余链表整体接到 cur->next 即可。

最后返回 dummy.next，因为 dummy 只是为了方便操作，并不属于真正的结果链表。

# 模拟过程

以 list1 = [1,2,4]、list2 = [1,3,4] 为例。

先创建虚拟头结点 dummy，令 cur = dummy。此时结果链表为空，list1 和 list2 分别指向两个链表的第一个节点。

比较两个链表的当前节点。相等时我们接入 list1 的节点 1，随后 list1 指向节点 2，cur 指向刚接入的节点 1。

下一轮比较 2 和 1，接入 list2 的节点 1。后续仍然按照相同规则，依次接入节点 2、3、4。

当 list1 已经指向空，而 list2 还剩一个节点 4 时，循环结束。直接执行 cur->next = list2，结果链表就是 [1,1,2,3,4,4]。

很多录友写这道题时，容易忘记最后接上剩余链表。想清楚循环条件是“两个链表都不为空”，自然就知道循环结束后至少有一个链表为空，还要处理另一个链表。

# 解题代码

# 迭代法

class Solution {
public:
    ListNode* mergeTwoLists(ListNode* list1, ListNode* list2) {
        ListNode dummy(0); // 虚拟头结点，统一头结点的处理
        ListNode* cur = &dummy;

        while (list1 != nullptr && list2 != nullptr) {
            if (list1->val <= list2->val) {
                cur->next = list1;
                list1 = list1->next;
            } else {
                cur->next = list2;
                list2 = list2->next;
            }
            cur = cur->next;
        }

        // 一个链表为空后，直接接上另一个链表的剩余部分
        cur->next = list1 != nullptr ? list1 : list2;
        return dummy.next;
    }
};

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# 递归法

递归写法要先明确：当前应该返回哪个节点作为合并后链表的头结点？

如果 list1->val <= list2->val，那么当前头结点一定是 list1。接下来只需要把 list1->next 指向“list1->next 与 list2 合并后的结果”。另一种情况同理。

class Solution {
public:
    ListNode* mergeTwoLists(ListNode* list1, ListNode* list2) {
        if (list1 == nullptr) return list2;
        if (list2 == nullptr) return list1;

        if (list1->val <= list2->val) {
            list1->next = mergeTwoLists(list1->next, list2);
            return list1;
        }

        list2->next = mergeTwoLists(list1, list2->next);
        return list2;
    }
};

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# 复杂度分析

迭代法：时间复杂度 O(m + n)，空间复杂度 O(1)。

递归法：时间复杂度 O(m + n)，空间复杂度 O(m + n)，空间消耗来自递归调用栈。

# 其他语言

# Python3

class Solution:
    def mergeTwoLists(self, list1, list2):
        dummy = ListNode(0)
        cur = dummy

        while list1 and list2:
            if list1.val <= list2.val:
                cur.next = list1
                list1 = list1.next
            else:
                cur.next = list2
                list2 = list2.next
            cur = cur.next

        cur.next = list1 if list1 else list2
        return dummy.next

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# Java

class Solution {
    public ListNode mergeTwoLists(ListNode list1, ListNode list2) {
        ListNode dummy = new ListNode(0);
        ListNode cur = dummy;

        while (list1 != null && list2 != null) {
            if (list1.val <= list2.val) {
                cur.next = list1;
                list1 = list1.next;
            } else {
                cur.next = list2;
                list2 = list2.next;
            }
            cur = cur.next;
        }

        cur.next = list1 != null ? list1 : list2;
        return dummy.next;
    }
}

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# Go

func mergeTwoLists(list1 *ListNode, list2 *ListNode) *ListNode {
    dummy := &ListNode{}
    cur := dummy

    for list1 != nil && list2 != nil {
        if list1.Val <= list2.Val {
            cur.Next = list1
            list1 = list1.Next
        } else {
            cur.Next = list2
            list2 = list2.Next
        }
        cur = cur.Next
    }

    if list1 != nil {
        cur.Next = list1
    } else {
        cur.Next = list2
    }
    return dummy.Next
}