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C++ 中的双指针技巧：高效解决数组和链表问题

news 来源：原创 2025/6/17 9:40:50

在 C++ 编程中，双指针（也称为双指针法或双指针技巧）是一种非常实用且高效的编程技巧。它通过使用两个指针来遍历数组或链表，能够显著提高算法的效率，避免因嵌套循环带来的高时间复杂度。本文将详细介绍双指针的常见应用场景、实现方式以及优势。

1. 双指针的应用场景

1.1 数组中的双指针

(1) 快慢指针

快慢指针是一种常见的双指针技巧，其中一个指针移动速度快，另一个指针移动速度慢。这种技巧常用于检测环、寻找中间节点等问题。

(2) 左右指针

左右指针是从数组的两端向中间移动的两个指针。这种技巧常用于查找满足特定条件的子数组或子序列，例如两数之和问题。

(3) 同向双指针

同向双指针是从同一端开始的两个指针，一前一后移动。这种技巧常用于滑动窗口问题，例如求解最长不重复子串等。

1.2 链表中的双指针

(1) 快慢指针

快慢指针在链表中也非常有用，例如用于检测链表是否有环、找到环的入口点、找到链表的中间节点等。

(2) 前后指针

前后指针用于操作链表中的节点，例如删除特定节点、反转链表等。

2. 示例代码

2.1 数组中的双指针

(1) 移除元素

题目：给定一个数组和一个值，删除数组中所有等于该值的元素，并返回新数组的长度。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int removeElement(vector<int>& nums, int val) {
    int left = 0; // 左指针，指向新数组的最后一个有效位置
    for (int right = 0; right < nums.size(); ++right) { // 右指针，遍历数组
        if (nums[right] != val) {
            nums[left++] = nums[right]; // 如果当前元素不等于 val，则将其移动到左指针位置
        }
    }
    return left; // left 的值即为新数组的长度
}

int main() {
    vector<int> nums = {3, 2, 2, 3};
    int val = 3;
    int newLength = removeElement(nums, val);
    cout << "New length: " << newLength << endl;
    for (int i = 0; i < newLength; ++i) {
        cout << nums[i] << " ";
    }
    return 0;
}

(2) 两数之和

题目：给定一个已排序的数组和一个目标值，找到数组中两个数的和等于目标值的索引。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

vector<int> twoSum(vector<int>& numbers, int target) {
    int left = 0, right = numbers.size() - 1;
    while (left < right) {
        int sum = numbers[left] + numbers[right];
        if (sum == target) {
            return {left + 1, right + 1}; // 返回索引（题目要求从 1 开始）
        } else if (sum < target) {
            ++left; // 如果和小于目标值，移动左指针
        } else {
            --right; // 如果和大于目标值，移动右指针
        }
    }
    return {}; // 如果没有找到，返回空数组
}

int main() {
    vector<int> numbers = {2, 7, 11, 15};
    int target = 9;
    vector<int> result = twoSum(numbers, target);
    for (int i = 0; i < result.size(); ++i) {
        cout << result[i] << " ";
    }
    return 0;
}

2.2 链表中的双指针

(1) 检测链表是否有环

题目：判断链表是否有环。

#include <iostream>
using namespace std;

struct ListNode {
    int val;
    ListNode* next;
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
};

bool hasCycle(ListNode* head) {
    if (!head) return false;
    ListNode* slow = head; // 慢指针，每次移动一步
    ListNode* fast = head; // 快指针，每次移动两步
    while (fast && fast->next) {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
        if (slow == fast) { // 如果快慢指针相遇，则有环
            return true;
        }
    }
    return false; // 如果快指针到达链表末尾，则无环
}

int main() {
    ListNode* head = new ListNode(1);
    head->next = new ListNode(2);
    head->next->next = new ListNode(3);
    head->next->next->next = head; // 创建一个环
    cout << (hasCycle(head) ? "Has cycle" : "No cycle") << endl;
    return 0;
}