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链表理论基础.md

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关于链表，你该了解这些！

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）。

链表的入口节点称为链表的头结点也就是head。

如图所示： 链表1

链表的类型

接下来说一下链表的几种类型:

单链表

刚刚说的就是单链表。

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。

如图所示： 链表2

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4

链表的存储方式

了解完链表的类型，再来说一说链表在内存中的存储方式。

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。

如图所示：

链表3

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

接下来说一说链表的定义。

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。

这里我给出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
};

有同学说了，我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，下面我来举两个例子：

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：

链表-删除节点

只要将C节点的next指针 指向E节点就可以了。

那有同学说了，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，所以在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

如图所示：

链表-添加节点

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)。

性能分析

再把链表的特性和数组的特性进行一个对比，如图所示：

链表-链表与数据性能对比

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。

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。

相信大家已经对链表足够的了解，后面我会讲解关于链表的高频面试题目，我们下期见！

其他语言版本

Java：

public class ListNode {
    // 结点的值
    int val;

    // 下一个结点
    ListNode next;

    // 节点的构造函数(无参)
    public ListNode() {
    }

    // 节点的构造函数(有一个参数)
    public ListNode(int val) {
        this.val = val;
    }

    // 节点的构造函数(有两个参数)
    public ListNode(int val, ListNode next) {
        this.val = val;
        this.next = next;
    }
}

JavaScript:

class ListNode {
  val;
  next = null;
  constructor(value) {
    this.val = value;
    this.next = null;
  }
}

TypeScript:

class ListNode {
  public val: number;
  public next: ListNode|null = null;
  constructor(value: number) {
    this.val = value;
    this.next = null;
  }
}

Python：

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

Go：

type ListNode struct {
    Val int
    Next *ListNode
}

Scala:

class ListNode(_x: Int = 0, _next: ListNode = null) {
  var next: ListNode = _next
  var x: Int = _x
}

Rust:

#[derive(PartialEq, Eq, Clone, Debug)]
pub struct ListNode<T> {
    pub val: T,
    pub next: Option<Box<ListNode<T>>>,
}

impl<T> ListNode<T> {
    #[inline]
    fn new(val: T, node: Option<Box<ListNode<T>>>) -> Self {
        ListNode { next: node, val }
    }
}

C:

typedef struct ListNodeT {
    int val;
    struct ListNodeT next;
} ListNode;

C#

public class Node<T>
{
    // 节点存储的数据
    public T Data { get; set; }

    // 指向下一个节点的引用
    public Node<T> Next { get; set; }

    // 节点的构造函数，用于初始化节点
    public Node(T data)
    {
        Data = data;
        Next = null; // 初始时没有下一个节点，因此设为 null
    }
}