Question

题目：输入两个递增排序的链表，合并这两个链表并使新链表中的结点仍然是按照递增排序的。例如输入图3.7中的链表1和链表2，则合并之后的升序链表如链表3所示。链表结点定义如下：

图3.7　合并两个排序链表的过程

注：链表1和链表2是两个递增排序的链表，合并这两个链表得到升序链表为链表3。

这是一个经常被各公司采用的面试题。在面试过程中，我们发现应聘者最容易犯两种错误：一是在写代码之前没有对合并的过程想清楚，最终合并出来的链表要么中间断开了要么并没有做到递增排序；二是代码在鲁棒性方面存在问题，程序一旦有特殊的输入（如空链表）就会崩溃。接下来分析如何解决这两个问题。

首先分析合并两个链表的过程。我们的分析从合并两个链表的头结点开始。链表1的头结点的值小于链表2的头结点的值，因此链表1的头结点将是合并后链表的头结点（如图3.8（a）所示）。

图3.8　合并两个递增链表的过程

注：（a）链表1的头结点的值小于链表2的头结点的值，因此链表1的头结点是合并后链表的头结点。（b）在剩余的结点中，链表2的头结点的值小于链表1的头结点的值，因此链表2的头结点是剩余结点的头结点，把这个结点和之前已经合并好的链表的尾结点链接起来。

我们继续合并两个链表中剩余的结点（图3.8中虚线框中的链表）。在两个链表中剩下的结点依然是排序的，因此合并这两个链表的步骤和前面的步骤是一样的。我们还是比较两个头结点的值。此时链表2的头结点的值小于链表1的头结点的值，因此链表2的头结点的值将是合并剩余结点得到的链表的头结点。我们把这个结点和前面合并链表时得到的链表的尾结点（值为1的结点）链接起来，如图3.8（b）所示。

当我们得到两个链表中值较小的头结点并把它链接到已经合并的链表之后，两个链表剩余的结点依然是排序的，因此合并的步骤和之前的步骤是一样的。这就是典型的递归的过程，我们可以定义递归函数完成这一合并过程。

接下来我们来解决鲁棒性的问题。每当代码试图访问空指针指向的内存时程序就会崩溃，从而导致鲁棒性问题。在本题中一旦输入空的链表就会引入空的指针，因此我们要对空链表单独处理。当第一个链表是空链表，也就是它的头结点是一个空指针时，那么把它和第二个链表合并，显然合并的结果就是第二个链表。同样，当输入的第二个链表的头结点是空指针的时候，我们把它和第一个链表合并得到的结果就是第一个链表。如果两个链表都是空链表，合并的结果是得到一个空链表。

在我们想清楚合并的过程，并且知道哪些输入可能会引起鲁棒性问题之后，就可以动手写代码了。下面是一段参考代码：

源代码：

本题完整的源代码详见17_MergeSortedLists项目。

测试用例：

- 功能测试（输入的两个链表有多个结点，结点的值互不相同或者存在值相等的多个结点）。

- 特殊输入测试（两个链表的一个或者两个头结点为NULL指针、两个链表中只有一个结点）。

本题考点：

- 考查应聘者分析问题的能力。解决这个问题需要大量的指针操作，应聘者如果没有透彻地分析问题形成清晰的思路，那么他很难写出正确的代码。

- 考查应聘者能不能写出鲁棒的代码。由于有大量指针操作，应聘者如果稍有不慎就会在代码中遗留很多与鲁棒性相关的隐患。建议应聘者在写代码之前全面分析哪些情况会引入空指针，并考虑清楚怎么处理这些空指针。