单向、双向链表结构

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• 单向链表结构
• 双向链表结构

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单向链表结构

定义：
单链表是一种链式存取的数据结构，单链表中的数据是以结点的形式存在，每一个结点是由数据元素和下一个结点的存储的位置组成。

单链表的逻辑结构如下（带头节点）：

链表在内存中的存储结构如下：

解释：

1. 链表是以节点的方式来存储，是链式存储;
2. 每个节点都包含data域和next域：next指向下一个节点;
3. 链表的各个节点的内存地址不一定是连续存储的;
4. head节点：不存放具体的数据，作用就是表示单链表的头；

单链表与数组的区别是：
单链表的数据元素存放在内存空间的地址是不连续的，而数组的数据元素存放的地址在内存空间中是连续的，这也是为什么根据索引无法像数组那样直接就能查询到数据元素。

单向链表的特点：

• 每个节点只包含一个指向下一个节点的指针；
• 只能从头到尾单向遍历；

应用场景：

• 简单列表应用；
• 栈的实现；

操作的复杂度分析：

• 读、写元素
  O(n);
• 删除元素
  O(1);
• 增加元素
  O(1);

数组缺点：

• 数组必须占用整块、连续的内存空间，如果声明数组过大，可能回导致“内存不足”。
• 数组不够灵活，一旦需要扩容，会重新申请连续整块空间，并需要把原数组的数据全部拷贝到新申请的空间。

链表缺点：

• 内存空间消耗更大，用于储存结点指针信息。
• 对链表进行频繁的插入、删除操作会导致频繁的内存申请、释放，容易造成内存碎片，如果是JAVA语言，还有可能会导致频繁的GC（Garbage Collection，垃圾回收）。

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双向链表结构

定义：
双链表（Doubly Linked List）也是一种常见的数据结构，与单链表不同的是，双链表每个节点除了包含指向下一个节点的指针（next）外，还包含指向前一个节点的指针（prev）。这使得双链表可以双向遍历，即从头部到尾部或从尾部到头部。

特点：

• 链表的每个节点都包含一个指向前节点和一个指向后节点的指针，可以双向遍历。
• 灵活插入：可以在任意节点前后插入新节点

双链表的适合场景：

• 实现双向队列(deque)
• 浏览器历史记录(前进/后退功能)
• 音乐播放器的播放列表
• 撤销/重做功能实现；

操作的复杂度分析：

• 读、写元素
  O(n);
• 删除元素
  O(1);
• 增加元素
  O(1);