链表00--链表理论基础

链表理论基础

链表是一种通过指针串联在一起的线性结构，每一个节点由两部分组成，一个是数据域一个是指针域（存放指向下一个节点的指针），最后一个节点的指针域指向null（空指针的意思）。

链接的入口节点称为链表的头结点也就是head。

如图所示：

链表的几种类型

单链表

如上文所示，就是单链表。

双链表

• 单链表中的指针域只能指向节点的下一个节点。
• 双链表：每一个节点有两个指针域，一个指向下一个节点，一个指向上一个节点。
• 双链表既可以向前查询也可以向后查询。

如图所示：

循环链表

循环链表，顾名思义，就是链表首尾相连。

循环链表可以用来解决约瑟夫环问题。

链表的存储方式

• 数组是在内存中是连续分布的，但是链表在内存中可不是连续分布的。
• 链表是通过指针域的指针链接在内存中各个节点。
• 所以链表中的节点在内存中不是连续分布的，而是散乱分布在内存中的某地址上，分配机制取决于操作系统的内存管理。

链表的定义

链表节点的定义，很多同学在面试的时候都写不好。这是因为平时在刷leetcode的时候，链表的节点都默认定义好了，直接用就行了，所以同学们都没有注意到链表的节点是如何定义的。

而在面试的时候，一旦要自己手写链表，就写的错漏百出。

给出C/C++的定义链表节点方式，如下所示：

// 单链表
struct ListNode {
    int val;  // 节点上存储的元素
    ListNode *next;  // 指向下一个节点的指针
    ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}  // 节点的构造函数
};

不定义构造函数行不行? —> 答案是可以的，C++默认生成一个构造函数。

但是这个构造函数不会初始化任何成员变量，下面举两个例子：

通过自己定义构造函数初始化节点：

ListNode* head = new ListNode(5);

使用默认构造函数初始化节点：

ListNode* head = new ListNode();
head->val = 5;

所以如果不定义构造函数使用默认构造函数的话，在初始化的时候就不能直接给变量赋值！

链表的操作

删除节点

删除D节点，如图所示：

• 只要将C节点的next指针，指向E节点就可以了。
• 那么，D节点不是依然存留在内存里么？只不过是没有在这个链表里而已。
• 是这样的，在C++里最好是再手动释放这个D节点，释放这块内存。其他语言例如Java、Python，就有自己的内存回收机制，就不用自己手动释放了。

添加节点

• 链表的增添和删除都是O(1)操作，也不会影响到其他节点。
• 但是要注意，要是删除第五个节点，需要从头节点查找到第四个节点通过next指针进行删除操作， 查找的时间复杂度是O(n)。

性能分析

链表和数组的特性对比：

另：

python的链表：

class ListNode:
    def __init__(self, val, next=None):
        self.val = val
        self.next = next