数据结构与算法-链表

概念

链表（linked list）是一种在物理上非连续、非顺序的数据结构，由若干节点（node）所组成。
链表中数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。链表由一系列结点（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分：

• 一个是存储数据元素的数据域，
• 另一个是存储下一个结点地址的指针域。

常见的链表包括：单链表、双向链表、循环链表

单链表

单向链表的每一个节点又包含两部分，一部分是存放数据的变量data，另一部分是指向下一个节点的指针next

Node{
	int data;
	Node next;
}

双向链表

双向链表的每一个节点除了拥有data和next指针，还拥有指向前置节点的prev指针。

Node{
	int data; 
	Node next; 
	Node prev; 
}

循环链表

链表的尾节点指向头节点形成一个环，称为循环链表

存储原理

数组在内存中的存储方式是顺序存储（连续存储），链表在内存中的存储方式则是随机存储（链式存储）。
链表的每一个节点分布在内存的不同位置，依靠next指针关联起来。这样可以灵活有效地利用零散的碎片空间。

链表的第1个节点被称为头节点（3），没有任何节点的next指针指向它，或者说它的前置节点为空头结点用来记录链表的基地址。有了它，我们就可以遍历得到整条链表。链表的最后1个节点被称为尾节点（2），它指向的next为空

操作

查找节点

在查找元素时，链表只能从头节点开始向后一个一个节点逐一查找

更新节点

插入节点

尾部插入

把最后一个节点的next指针指向新插入的节点即可

头部插入

第1步，把新节点的next指针指向原先的头节点
第2步，把新节点变为链表的头节点

中间插入

第1步，新节点的next指针，指向插入位置的节点
第2步，插入位置前置节点的next指针，指向新节点

只要内存空间允许，能够插入链表的元素是无限的，不需要像数组那样考虑扩容的问题

删除节点

尾部删除

把倒数第2个节点的next指针指向空即可

头部删除

把链表的头节点设为原先头节点的next指针即可

中间删除

把要删除节点的前置节点的next指针，指向要删除元素的下一个节点即可

优缺点

优势: 插入、删除、更新效率高。省空间
劣势：查询效率较低，不能随机访问

应用

链表的应用也非常广泛，比如树、图、Redis的列表、LRU算法实现、消息队列等

数组与链表的对比

数据结构没有绝对的好与坏，数组和链表各有千秋。

数组的优势在于能够快速定位元素，对于读操作多、写操作少的场景来说，用数组更合适一些
链表的优势在于能够灵活地进行插入和删除操作，如果需要在尾部频繁插入、删除元素，用链表更合适一些
数组和链表是线性数据存储的物理存储结构：即顺序存储和链式存储。