链表的二路归并排序 Sort List

对于链表的排序问题，想找一种时间复杂度为O(nlogn)，空间复杂度O(1)的算法。该问题源自于Leetcode，Sort a linked list in O(n log n)
time using constant space complexity.

首先想到了归并排序，因为链表的归并不需要辅助空间。

思路：和数组的二路归并基本一致。

所不同的是：

1、要遍历一遍才能找到中间位置。

2、首尾位置都要记下来，因为链表不是自然相邻的。所以排序后返回时要返回首尾结点的新指针。

3、遍历查找时也要注意链表结尾判定可能不再是NULL。

/**
* Definition for singly-linked list.
* struct ListNode {
*     int val;
*     ListNode *next;
*     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
* };
*/
class Solution {
public:
ListNode *sortList(ListNode *head) {
if(head == NULL)
return NULL;

ListNode *end = head;
while(end->next != NULL)
end = end->next;

sort(head, end);
return head;
}

void sort(ListNode* &left, ListNode* &right)
{
if(left == right)
return;

//寻找中间位置
ListNode *p1, *p2;
p1 = p2 = left;
while(p2 != right && p2->next != right)
{
p1 = p1->next;
p2 = p2->next->next;
}
p2 = p1->next;

//递归分治
sort(left, p1);
sort(p2, right);

p1->next = NULL;
right->next = NULL;

//归并
ListNode *new_start,*new_end, *tmp;
if(left->val < p2->val)
{
new_start = left;
left = left->next;
}
else
{
new_start = p2;
p2 = p2->next;
}
tmp = new_start;
while(left != NULL && p2 != NULL)
{
if(left->val < p2->val)
{
tmp->next = left;
tmp = left;
left = left->next;
}
else
{
tmp->next = p2;
tmp = p2;
p2 = p2->next;
}
}
if(left != NULL)
{
tmp->next = left;
new_end = p1;
}
else
{
tmp->next = p2;
new_end = right;
}

//返回新链表头和链表尾
left = new_start;
right = new_end;
right->next = NULL;
}
};

PS：链表的排序用快速排序应该也可以做到。