一、链表的基本概念
链表是一种线性数据结构,它由一系列节点组成。每个节点包含两个主要部分:
与数组不同,链表中的节点在内存中不是连续存储的。它们通过指针链接在一起,形成一个链状结构。这种非连续存储方式使得链表在插入和删除操作上具有一定的优势。
二、单链表
- 结构
- 单链表节点的定义(以C语言为例):
typedef struct ListNode {int data; // 数据域,可以根据需要存储不同类型的数据struct ListNode *next; // 指针域,指向下一个节点
} ListNode;
- 这里,
data
用于存储数据,next
是一个指向同类型结构体的指针,用于指向下一个节点。
- 基本操作
- 创建节点
- 函数实现:
- 创建节点
ListNode* createNode(int value) {ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));if (newNode == NULL) {// 内存分配失败处理return NULL;}newNode->data = value;newNode->next = NULL;return newNode;
}
- 解释:- 首先使用`malloc`函数分配足够的内存来存储一个`ListNode`结构体。如果内存分配成功,将传入的值赋给新节点的数据域,并将指针域初始化为`NULL`,表示这是一个孤立的节点,目前没有下一个节点。最后返回新创建的节点。
- 插入节点
- 头插法
- 函数实现:
- 头插法
ListNode* insertAtHead(ListNode* head, int value) {ListNode* newNode = createNode(value);newNode->next = head;return newNode;
}
- 解释:- 首先调用`createNode`函数创建一个新节点。然后将新节点的`next`指针指向当前的头节点(如果`head`为`NULL`,则新节点成为唯一的节点)。最后,将新节点作为新的头节点返回。这意味着每次插入操作都会使新节点成为链表的第一个节点。- **尾插法**- 函数实现:
ListNode* insertAtTail(ListNode* head, int value) {ListNode* newNode = createNode(value);if (head == NULL) {return newNode;}ListNode* current = head;while (current->next!= NULL) {current = current->next;}current->next = newNode;return head;
}
- 解释:- 同样先创建新节点。如果链表为空(`head`为`NULL`),则直接返回新节点作为头节点。如果链表不为空,通过一个循环找到链表的最后一个节点(即当前节点的`next`指针为`NULL`的节点)。找到后,将最后一个节点的`next`指针指向新节点,从而将新节点插入到链表的尾部。最后返回原头节点,因为尾插法不会改变头节点。- **中插法(在指定位置插入)**- 函数实现:
ListNode* insertAtPosition(ListNode* head, int value, int position) {if (position == 0) {return insertAtHead(head, value);}ListNode* newNode = createNode(value);ListNode* current = head;for (int i = 0; i < position - 1 && current!= NULL; i++) {current = current->next;}if (current == NULL) {return head;}newNode->next = current->next;current->next = newNode;return head;
}
- 解释:- 首先判断要插入的位置是否为0,如果是,则调用头插法函数进行插入。如果不是0,先创建新节点。然后通过一个循环找到要插入位置的前一个节点(循环条件确保不会超出链表长度且能找到正确位置)。如果在遍历过程中发现当前节点为`NULL`,说明已经到达链表末尾但还没找到插入位置,此时直接返回原链表。找到插入位置的前一个节点后,将新节点的`next`指针指向当前节点的下一个节点,再将当前节点的`next`指针指向新节点,完成插入操作。最后返回原头节点。
- 删除节点
- 函数实现:
ListNode* deleteNode(ListNode* head, int target) {if (head == NULL) {return NULL;}if (head->data == target) {ListNode* temp = head;head = head->next;free(temp);return head;}ListNode* current = head;while (current->next!= NULL && current->next->data!= target) {current = current->next;}if (current->next!= NULL) {ListNode* temp = current->next;current->next = current->next->next;free(temp);}return head;
}
- 解释:- 首先判断链表是否为空,如果为空则无法删除,直接返回`NULL`。如果头节点的数据就是要删除的数据,那么将头节点的下一个节点作为新的头节点,并释放原来的头节点,然后返回新头节点。如果头节点不是要删除的节点,通过循环找到要删除节点的前一个节点(通过判断当前节点的下一个节点的数据是否为目标数据)。找到后,将前一个节点的`next`指针指向要删除节点的下一个节点,然后释放要删除的节点,最后返回原头节点。
- 遍历链表
- 函数实现:
void traverseList(ListNode* head) {ListNode* current = head;while (current!= NULL) {printf("%d ", current->data);current = current->next;}printf("\n");
}
- 解释:- 从链表的头节点开始,通过循环依次访问每个节点的数据域,并将其打印出来。每次循环将当前节点更新为下一个节点,直到当前节点为`NULL`,表示已经遍历完整个链表。
三、双链表
- 结构
- 双链表节点的定义(以C语言为例):
typedef struct DoubleListNode {int data;struct DoubleListNode *prev;struct DoubleListNode *next;
} DoubleListNode;
- 这里,
data
用于存储数据,prev
是指向前一个节点的指针,next
是指向后一个节点的指针。
- 基本操作
- 创建节点
- 函数实现:
- 创建节点
DoubleListNode* createDoubleNode(int value) {DoubleListNode* newNode = (DoubleListNode*)malloc(sizeof(DoubleListNode));if (newNode == NULL) {return NULL;}newNode->data = value;newNode->prev = NULL;newNode->next = NULL;return newNode;
}
- 解释:- 与单链表创建节点类似,使用`malloc`分配内存。成功分配后,将数据赋给新节点的数据域,并将`prev`和`next`指针都初始化为`NULL`,因为新创建的节点暂时没有前后连接的节点。最后返回新节点。
- 插入节点
- 例如,在双链表头部插入节点:
- 函数实现:
- 例如,在双链表头部插入节点:
DoubleListNode* insertAtHeadDouble(DoubleListNode* head, int value) {DoubleListNode* newNode = createDoubleNode(value);if (head == NULL) {return newNode;}newNode->next = head;head->prev = newNode;return newNode;
}
- 解释:- 先创建新节点。如果链表为空,直接返回新节点作为头节点。如果链表不为空,将新节点的`next`指针指向当前头节点,同时将当前头节点的`prev`指针指向新节点,最后将新节点作为新的头节点返回。
- 删除节点
- 例如,删除双链表中值为
target
的节点:- 函数实现:
- 例如,删除双链表中值为
DoubleListNode* deleteDoubleNode(DoubleListNode* head, int target) {if (head == NULL) {return NULL;}if (head->data == target) {DoubleListNode* temp = head;if (head->next!= NULL) {head->next->prev = NULL;}head = head->next;free(temp);return head;}DoubleListNode* current = head;while (current->next!= NULL && current->next->data!= target) {current = current->next;}if (current->next!= NULL) {DoubleListNode* temp = current->next;if (temp->next!= NULL) {temp->next->prev = current;}current->next = temp->next;free(temp);}return head;
}
- 解释:- 首先判断链表是否为空,为空则无法删除,返回`NULL`。如果头节点的数据是要删除的数据,判断头节点的下一个节点是否存在,如果存在则将其`prev`指针置为`NULL`,然后将头节点更新为下一个节点,并释放原来的头节点,最后返回新头节点。如果头节点不是要删除的节点,通过循环找到要删除节点的前一个节点(通过判断当前节点的下一个节点的数据是否为目标数据)。找到后,如果要删除的节点的下一个节点存在,则将其下一个节点的`prev`指针指向当前节点,然后将当前节点的`next`指针指向要删除节点的下一个节点,最后释放要删除的节点,返回原头节点。
- 遍历链表
- 例如,从头部开始向前遍历:
- 函数实现:
- 例如,从头部开始向前遍历:
void traverseDoubleListForward(DoubleListNode* head) {DoubleListNode* current = head;while (current!= NULL) {printf("%d ", current->data);current = current->next;}printf("\n");
}
- 解释:- 与单链表的遍历类似,从头节点开始,通过循环依次访问每个节点的数据域并打印,每次将当前节点更新为下一个节点,直到当前节点为`NULL`。双链表还可以从尾部开始向后遍历,原理类似,只是使用`prev`指针。
四、循环链表
-
结构
-
基本操作
ListNode* createCircularList(int values[], int size) {if (size == 0) {return NULL;}ListNode* head = createNode(values[0]);ListNode* current = head;for (int i = 1; i < size; i++) {ListNode* newNode = createNode(values[i]);current->next = newNode;current = newNode;}current->next = head;return head;
}
- 解释:- 首先判断数组大小是否为0,如果是则返回`NULL`。如果不为0,先创建头节点,然后通过循环依次创建新节点并将其插入到链表尾部。最后将最后一个节点的`next`指针指向头节点,形成循环链表,并返回头节点。
- 遍历循环单链表
- 例如:
- 函数实现:
- 例如:
void traverseCircularList(ListNode* head) {if (head == NULL) {return;}ListNode* current = head;do {printf("%d ", current->data);current = current->next;} while (current!= head);printf("\n");
}
- 解释:- 首先判断链表是否为空,如果为空则直接返回。如果不为空,从头节点开始遍历,通过`do - while`循环依次访问每个节点的数据域并打印。循环条件是当前节点不等于头节点,因为是循环链表,当再次回到头节点时表示遍历结束。最后换行。
循环链表在一些特定的应用场景中非常有用,例如操作系统中的资源分配循环队列等。双链表在需要双向访问数据的场景下有优势,而单链表则在空间利用和简单操作场景下较为常用。