链表0：链表理论基础

在做题之前，我们首先要了解一下链表的相关理论：

什么是链表，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。

 

一、链表的类型

1.单链表：

即下图所示的基础链表。

 

 2.双链表：

单链表中的指针域只能指向节点的下一个节点。

而在双链表中，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。

如下图所示：

 

 3.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。

如下图所示：

 

 

 

 

二、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。

如下图所示：

 

 这个链表起始节点为2， 终止节点为7， 各个节点分布在内存的不同地址空间上，通过指针串联在一起。

 

 

 

三、链表的定义

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
};

其中，不定义构造函数也是是可以的，C++会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。

下面看两个例子：

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;

因此，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。

 

 

 

四、链表的操作

1.删除节点：

如果要删除D节点，如下图所示：

 

那么只要将C节点的next指针 指向E节点就可以了。

而由于D节点在删除后依然存留在内存里，只不过是没有在这个链表里。所以在C++里最好还需要再手动释放这个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。

2.添加节点

如下图所示：

 

 

可以看出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)。

 

 

 

五、性能分析：

最后我们把链表的特性和数组的特性进行一个对比，如图所示：

 

 

数组在定义的时候，长度就是固定的，如果想改动数组的长度，就需要重新定义一个新的数组。

而链表的长度可以是不固定的，并且可以动态增删， 适合数据量不固定，频繁增删，较少查询的场景。