代码随想录 - 链表

总结概述

链表理论基础

链表是一种通过指针串联的线性结构，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）。

链表的类型

1、单链表

单链表中的指针域只能指向节点的下一个节点。

2、双链表

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。

3、循环链表

链表存储方式

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。

上图链表起始节点为2，终止节点为7，各节点分布在内存的不同地址空间上，通过指针串联。

链表的定义

// 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
};

链表的操作

1、删除节点

将C节点的next指针指向E节点就可以了。在C++里再手动释放这个D节点，释放这块内存。

2、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

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。

链表的长度可以不固定，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。

203. 移除链表元素

解题思路及代码

链表操作的两种方式：

直接使用原来的链表来进行删除操作。

设置一个虚拟头结点在进行删除操作。

第一种操作：

直接使用原来的链表来进行移除

在单链表中移除头结点和移除其他节点的操作方式是不一样，其实在写代码的时候也会发现，需要单独写一段逻辑来处理移除头结点的情况。

class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        // 删除头结点
        while (head != NULL && head->val == val) { // 注意这里不是if
            ListNode* tmp = head;
            head = head->next;
            delete tmp;
        }

        // 删除非头结点
        ListNode* cur = head;
        while (cur != NULL && cur->next!= NULL) {
            if (cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp;
            } else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        return head;
    }
};

第二种操作：

可以设置一个虚拟头结点，以一种统一的逻辑来移除

class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0); // 设置一个虚拟头结点
        dummyHead->next = head; // 将虚拟头结点指向head，这样方面后面做删除操作
        ListNode* cur = dummyHead;
        while (cur->next != NULL) {
            if(cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp;
            } else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        head = dummyHead->next;
        delete dummyHead;
        return head;
    }
};

时间复杂度: O(n)
空间复杂度: O(1）

707. 设计链表

class MyLinkedList {
public:
    MyLinkedList() {
        this->size = 0;
        this->head = new ListNode(0);
    }
    
    int get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        ListNode *cur = head;
        for (int i = 0; i <= index; i++) {
            cur = cur->next;
        }
        return cur->val;
    }
    
    void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }
    
    void addAtTail(int val) {
        addAtIndex(size, val);
    }
    
    void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > size) {
            return;
        }
        index = max(0, index);
        size++;
        ListNode *pred = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            pred = pred->next;
        }
        ListNode *toAdd = new ListNode(val);
        toAdd->next = pred->next;
        pred->next = toAdd;
    }
    
    void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        size--;
        ListNode *pred = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            pred = pred->next;
        }
        ListNode *p = pred->next;
        pred->next = pred->next->next;
        delete p;
    }
private:
    int size;
    ListNode *head;

};

206. 反转链表

ListNode* reverseList(ListNode* head) {
    ListNode *cur = head; // cur 指向当前节点，从头节点开始
    ListNode *pre = NULL; // pre 指向当前节点的前一个节点，初始为空
    ListNode* temp; // 用于暂存当前节点的下一个节点

    while (cur != NULL) { // 遍历整个链表
        temp = cur->next; // 保存当前节点的下一个节点，防止断链
        cur->next = pre; // 将当前节点指向前一个节点，完成翻转操作

        // 更新 pre 和 cur 指针
        pre = cur;
        cur = temp;
    }
    return pre; // 返回翻转后的链表头节点
}