链表专题--基础知识

参考链接：代码随想录

链表是一种通过指针串联在一起的线性结构，每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）。

链表的入口节点称为链表的头节点也就是head，链表示意图如下所示：

 

 

链表的类型

单链表

刚才说的就是单链表。

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，示意图如下图所示：

 

 

循环链表

 循环链表就是收尾相连的链表，可以用来解决约瑟夫环的问题。

链表的存储方式

了解完链表的类型，我们来学习一下链表在内存中的存储方式。

数组在内存中是连续分布的，但是链表在内存中不是连续分布的。

链表是通过指针域的指针链接在内存中的各个节点。

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。

链表的定义

接下来看一下链表的定义。

此处我们先看C/C++的链表定义方式：

// 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
};

python版本：

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

链表的操作

删除节点

删除D节点，如图所示：

 

 

只需要将C节点的next指针指向E节点，就可以达到删除D节点的目的。

D节点此时依然留在内存中，只是不在这个链表中了，在C++中最好手动释放这个节点，回收内存。其他语言例如Java、python，就有自己的回收机制，不用手动释放。

添加节点

如图所示：

 

可以看出链表的增添和删除是O(1)操作，不会影响到其他节点。

但是需要注意，要是删除第五个节点，则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

把数组和链表的特征进行对比，如图所示：

 

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

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