数据结构───链表

花费一个周时间学完了链表（的一部分），简单总结一下。

 

链表的学习离不开画图，将其抽象成一种逻辑模型，可以减少思考时间，方便理解。

链表大致分为8种结构，自己学习并实现了两种结构，也是两种最经典的结构。一种是单向不带头非循环链表，另一种是双向带头循环链表。

 

 无头单向非循环链表

无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。另外这种结构在笔试面试中出现很多。

以下就是该链表的实现：

1.链表的创建

定义一个结构体，包含存储的数据和指向后继节点的指针。

typedef int MyType;//单向不带头非循环链表
typedef struct SingleLinklist{MyType data;struct SingleLinklist* next;
}SLNode;

2.链表功能实现

由于是不带头链表，增删改功能需要修改链表的内容，所以需要传头节点的地址，功能函数用二级指针来接收，亦或者选择用返回值的方式。下面是采取传地址的方式。

先封装一个创建新节点的函数，方便以后多次使用：

SLNode* BuyNewNode(MyType x) {SLNode* newnode = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}

链表的尾插：

要实现单向链表的尾插，需要先判断是否头节点为空，然后遍历链表找到链表的最后一个结点。

 

//尾插
void SLinkListPushBack(SLNode** pphead, MyType x) {SLNode* newnode = BuyNewNode(x);if (*pphead == NULL) {*pphead = newnode;}else {SLNode* tail = *pphead;while (tail->next!=NULL) {tail = tail->next;}tail->next = newnode;}
}

 链表的头插：

链表的头插也大相径庭，也先判断头节点是否为空，头插完成后将新节点置成头。

 

//头插
void SLinkListPushPront(SLNode** pphead, MyType x) {SLNode* newnode = BuyNewNode(x);newnode->next = *pphead;*pphead = newnode;
}

链表的尾删：

单链表的麻烦之处可能就是，尾插之时，不好找上一个位置。这样就需要另外一个变量来保存上有个节点。

//尾删
void SLinkListPopBack(SLNode** pphead) {//当链表为空，直接报错assert(pphead);//只有一个结点if((*pphead)->next==NULL) {free(*pphead);*pphead = NULL;}//两个结点及以上else {SLNode* tail = *pphead;while (tail->next->next) {tail = tail->next;}free(tail->next);tail->next = NULL;}
}

链表的头删：

头删就相对容易了，可以不用考虑一个还是多个情况，因为即使一个，它的下一个空节点为新的头节点也不受影响。

//头删
void SLinkListPopFront(SLNode** pphead) {//链表为空assert(*pphead);SLNode* newphead = (*pphead)->next;free(*pphead);*pphead = newphead;
}

链表的查找、插入：

查找的话遍历一遍链表就好啦。插入分为在前插入和在后插入。在前插入相对麻烦，因为单向链表的前一个节点需要再找一遍，所以需要重新定义一个变量，如果插入的位置是头节点之前的话，又就变成头插了（可以直接调用头插函数）。

 

 

//查找
SLNode* SLinkListFind(SLNode* phead, MyType x) {SLNode* cur = phead;while (cur) {if (cur->data == x) {return cur;}else{cur = cur->next;}}return NULL;
}
//在前插入
void SLinkListInterFormer(SLNode** pphead, SLNode*pos,MyType x) {assert(pphead);assert(pos);SLNode* newnode = BuyNewNode(x);if (*pphead ==pos) {newnode->next = *pphead;*pphead = newnode;}else {SLNode* Prev = *pphead;while (Prev->next != pos) {Prev = Prev->next;}Prev->next = newnode;newnode->next = pos;}}
//在后一个位置插入
void SLinkListInterAfter(SLNode* pos, MyType x) {assert(pos);SLNode* newnode = BuyNewNode(x);newnode->next = pos->next;pos->next = newnode;}

链表销毁：

由于传的的地址，直接一个函数就可以销毁了。

//摧毁链表
void SLinkListDestory(SLNode** pphead) {assert(pphead);SLNode* cur = *pphead;while (cur) {SLNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}*pphead = NULL;
}

 双向带头循环链表

 单向链表实现了，下面看一下双向带头循环链表，这种结构可以说是非常牛逼的一种链表结构。

 带头双向循环链表：结构最复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。另外这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势，实现反而简单了。

1.链表的创建

由于是双向，所以一个前继指针，一个后继指针。

typedef int MyType;//双向循环带头链表
typedef struct DoubleLinklist {MyType val;struct DoubleLinklist* next;struct DoubleLinklist* prev;
}DLNode;

2.链表功能实现

上面的单向链表不带头所以不需要初始化，直接phead=NULL；就可以开始创建链表。而这种结构的好处就是不用传地值了，因为它修改的是结构体里的内容，不过要先创建一个哨兵位节点—站岗用的。

链表初始化：

//初始化链表
DLNode* DLNodeInit() {DLNode* phead = (DLNode*)malloc(sizeof(DLNode));//哨兵位 不存储有效数据phead->next = phead;phead->prev = phead;return phead;
}

malloc新节点：

 

//创建新节点
DLNode* CeateNewnode(MyType x) {DLNode* newhead = (DLNode*)malloc(sizeof(DLNode));newhead->val = x;newhead->next = NULL;newhead->prev = NULL;return newhead;
}

链表的尾插：

 尾插只需要找到head->prev就行。没有节点时，head->prev就是它自己。

所以尾插就可以轻松实现。

 

//尾插
void DLNodePushBack(DLNode* phead, MyType x) {//因为只改变phead指向的结构体的东西，并不改变Phead，所以只传一级指针assert(phead);//malloc新节点DLNode* newnode = CeateNewnode(x);//pehad->prev==tailDLNode* tail = phead->prev;//连接新节点tail->next = newnode;newnode->prev = tail;//首尾相连，形成循环phead->prev = newnode;newnode->next = phead;}

 链表的头插：

链表的头插注意的是插入到head->next也就是head的下一个节点。因为链表遍历是从head的下一个节点开始。这也是我一开始打错的原因。

//打印链表
void DLNodePrint(DLNode* phead) {assert(phead);//phead里没有存有效数据，所以从phead的下一个开始DLNode* cur = phead->next;while (cur != phead) {printf("%d->", cur->val);cur = cur->next;}printf("\n");
}

 

//头插
void DLNodePushFront(DLNode* phead, MyType x) {assert(phead);DLNode* newnode = CeateNewnode(x);DLNode* next = phead->next;newnode->prev = phead;phead->next = newnode;next->prev = newnode;newnode->next = next;//可以调用插入函数,因为头插就是phead后结点插入/*DLNodeInterBack(phead, x);*/
}

链表的尾删： 

尾节点不需要遍历就能找到，而且它的前一个节点也可以找到，这样就减少了消耗。不过需要注意的是，得先判断是不是没有节点，准确来说是不是只有一个哨兵位节点。

 

//尾删
void DLNodePopBack(DLNode* phead) {assert(phead);if(phead->next != phead) {DLNode* tail = phead->prev;tail->prev->next = phead;phead->prev = tail->prev;free(tail);tail = NULL;}
}

链表的头删：

头删也大相径庭，跟尾删一样要先判断是不是只有一个头节点。

 

//头删
void DLNodePopFront(DLNode* phead) {assert(phead);if (phead->next != phead) {DLNode* del = phead->next;phead->next = del->next;del->next->prev = phead;free(del);del = NULL;}
}

链表的查找、插入和删除：

为什么上个链表没有删除，因为忘记实现了。除了删除，只要查找到位置，修改，插入，删除其实都是很容易的事情。当然在这个完美的链表结构就更容易实现啦。

 

因为无论前插后插还是删除，直接就可以找前一个结点和后一个节点。

 

//查找
DLNode* DLNodeFind(DLNode* phead, MyType x) {assert(phead);DLNode* cur = phead->next;while (cur != phead) {if (cur->val == x) {return cur;}cur = cur->next;}return NULL;
}//结点前插入
void DLNodeInterFront(DLNode* pos, MyType x) {assert(pos);DLNode* newnode = CeateNewnode(x);DLNode* former = pos->prev;former->next = newnode;newnode->prev = former;newnode->next = pos;pos->prev = newnode;}
//结点后插入
void DLNodeInterBack(DLNode* pos, MyType x) {assert(pos);DLNode* newnode = CeateNewnode(x);DLNode* latter = pos->next;pos->next = newnode;newnode->prev = pos;newnode->next = latter;latter->prev = newnode;
}
//删除节点
void DLNodeErase(DLNode* pos) {assert(pos);DLNode* former = pos->prev, * latter = pos->next;former->next = latter;latter->prev = former;free(pos);pos = NULL;}

链表销毁： 

需要注意的是，这里传的是一级指针，所传指针需要在函数外置空。

//摧毁链表
void DLNodeDestroy(DLNode* phead) {assert(phead);DLNode* cur = phead->next;while (cur!=phead) {DLNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}free(phead);phead = NULL;
}

 链表基础题

 链表的实现完成了，学了知识就需要接下来不断巩固。

刷题就是最好的方式，下面是几道关于链表的简单题目。

203. 移除链表元素 - 力扣（LeetCode）

题解：可以看到，移除所给值的节点，直接遍历就好啦，不过需要注意的是是否为头节点，如果为头节点就需要将头指针转移，就是头删。单向链表删除节点，需要遍历出上一个节点，如果每次删除都要遍历一遍，不如只遍历一遍将节点保存一下，再继续往下走，删除时就只需要将保存的前继节点连接到后一个节点就行。也是双指针问题。

struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val){if(head==NULL){return NULL;}struct ListNode* cur=head;struct ListNode* prev=NULL;while(cur){if(cur->val==val){//头删if(cur==head){head=head->next;free(cur);cur=head;}else{prev->next=cur->next;free(cur);cur=prev->next; } }else{prev=cur;cur=cur->next;}}return head;
}

面试题 02.04. 分割链表 - 力扣（LeetCode）

这道题的思路是遍历一遍链表，将小于目标值的节点合成一个链表，大于目标值的节点合成一个链表，然后将两个链表尾首相连即可。需要注意的是如果连接后的链表的最后一个节点的后继指针不为空，需要置空，否则他依旧指向某个节点，这样一来就形成了死循环了。

还有种情况就是没有小于目标值的节点，这样直接返回大于目标值的节点就好啦。

struct ListNode* partition(struct ListNode* head, int x){struct ListNode*cur=head;struct ListNode*samllerHead=NULL;struct ListNode*samallerTail=NULL;struct ListNode*greaterHead=NULL;struct ListNode*gearterTail=NULL;while(cur){if(cur->val<x){if(samllerHead==NULL){samllerHead=samallerTail=cur;}else{samallerTail->next=cur;samallerTail=samallerTail->next;}}else{if(greaterHead==NULL){greaterHead=gearterTail=cur;}else{gearterTail->next=cur;gearterTail=gearterTail->next;}}cur=cur->next;}if(samallerTail){samallerTail->next=greaterHead;}else{samallerTail=greaterHead;}if(gearterTail){gearterTail->next=NULL;}if(samllerHead==NULL){samllerHead=greaterHead;}return samllerHead;
}

面试题 02.02. 返回倒数第 k 个节点 - 力扣（LeetCode）

这道题解法也是双指针，可以用到双指针中的快慢指针。快指针先走k步，然后再跟慢指针一起走，当快指针为空时，此时慢指针就是倒数第k个节点。

int kthToLast(struct ListNode* head, int k){struct ListNode* fast=head,*slow=head;//先让fast走k步while(k--){fast=fast->next;}//再一起走，当fast为NULL时，此时slow就是第k的位置while(fast){slow=slow->next;fast=fast->next;}return slow->val;
}

 

个人总结 

链表的操作虽然学会了，但放在题目还是不会，还是算法基础太薄弱了，已经准备买书买咖啡早起学算法了，希望终有一天我也能成为一个算法大佬。