剑指36 二叉搜索书与双向链表

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。

LeetCode这一题和书上稍有不同，LeetCode需要把链表头尾链接起来。

一开始以为直接按中序遍历调整一下指针就可以了，但是并不是这样，每个节点左侧连接的是左子树的最大值节点，右侧链接的是右子树的最小值节点，并不一定是原本的左右子节点。

这个题采用递归的方法，先处理好左子树，连接当前节点和左子树；再处理好右子树，链接当前节点和右子树。最后连接头尾。

分别定义两个函数，处理左子树和右子树。处理左子树函数需要返回处理后的链表的最大值，即链表尾；处理右子树函数需要返回处理后的链表的最小值，即链表头。

注意在当前节点连接到了左子节点或者右子节点后，子节点也要反向连接到当前节点。如果没有这一步，那么所有叶子节点的两个指针都是null，这样链表就断开了，一开始犯了这个错误。

不要忘记处理根节点为空的情况。

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

    Node() {}

    Node(int _val) {
        val = _val;
        left = NULL;
        right = NULL;
    }

    Node(int _val, Node* _left, Node* _right) {
        val = _val;
        left = _left;
        right = _right;
    }
};
*/
class Solution {
public:
    Node* treeToDoublyList(Node* root) {
        if(root==nullptr)
            return root;
        if(root->left!=nullptr){
            root->left=convert_left(root->left);
            root->left->right=root;
        }
        if(root->right!=nullptr){
            root->right=convert_right(root->right);
            root->right->left=root;
        }
        Node* leftside=root,*rightside=root;
        while(leftside->left!=nullptr)
            leftside=leftside->left;
        while(rightside->right!=nullptr)
            rightside=rightside->right;
        leftside->left=rightside;
        rightside->right=leftside;
       
        return leftside;
    }

    Node* convert_left(Node* cur_node){//返回该子树中最大的节点
        if(cur_node->left!=nullptr){
            cur_node->left=convert_left(cur_node->left);
            cur_node->left->right=cur_node;
        }
        if(cur_node->right!=nullptr){
            cur_node->right=convert_right(cur_node->right);
            cur_node->right->left=cur_node;
        }
        while(cur_node->right!=nullptr)
            cur_node=cur_node->right;
        return cur_node;
    }

    Node* convert_right(Node* cur_node){//返回该子树中最小的节点
        if(cur_node->left!=nullptr){
            cur_node->left=convert_left(cur_node->left);
            cur_node->left->right=cur_node;
        }
        if(cur_node->right!=nullptr){
            cur_node->right=convert_right(cur_node->right);
            cur_node->right->left=cur_node;
        }
        while(cur_node->left!=nullptr)
            cur_node=cur_node->left;
        return cur_node;
    }
};