链表的结构和定义

介绍

概念：链表是一种物理存储结构上非连续、非顺序的存储结构，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（linked list）是一种经典的线性数据结构，它可以用来存储一组具有顺序性的元素，并可以支持动态插入和删除操作。链表与数组类似，都可以存储相同类型的元素。但与数组不同，链表在内存中并没有被连续存储，而是通过指针相连的一系列节点组成。

链表的每个节点（node）由两部分组成：一个数据域和一个指针域。数据域用于存储节点所存储的数据元素，而指针域则储存下一个节点的地址。
链表按照各种不同的规则可以分为多种类型：

1.单向链表（Singly-Linked List）：每个节点只有一个指针域，指向下一个节点。
2.双向链表（Doubly-Linked List）：每个节点有两个指针域，一个指向前一个节点，一个指向后一个节点。
3.循环链表（Circular List）：链表的尾节点指向头节点，形成一个环状的结构。 除此之外，还存在多种链表的衍生形式，如静态链表、双向循环链表等。

优点

链表相比于数组的优点是：
插入和删除操作非常方便，不需要进行大规模的元素移动，只需要通过修改指针域的方式即可完成；而在查找、访问任意节点时，需要进行遍历，时间复杂度较高。

缺点

但是链表的缺点：
由于内存空间不是连续的，所以访问效率较低，缓存命中率较低，同时每个节点还需要维护指针域，因此节点开销较大。同时，链表的性能还受制于内存的分配和回收，频繁的内存分配和回收会导致内存碎片，影响性能。

链表的分类

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：

1. 单向或者双向：
   

2. 带头或者不带头：
   

3. 循环或者非循环：

虽然有这么多的链表的结构，但是我们实际中最常用还是两种结构：

1. 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。
2. 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，后面我们代码实现了就知道了。

常见操作

链表操作主要包括以下几个方面：

1.遍历：从头节点出发，依次访问每个节点，直至尾节点。

2.插入：在任意节点之前或之后插入新节点。

3.删除：删除链表中任意一个节点。

4.查找：按照某种规则或要求找到链表中的特定节点。

在进行链表操作时，需要注意指针的维护方式。例如，在插入或删除节点时，需要修改当前节点的指针域，以便维持整个链表的完整性；在遍历链表时，需要注意空指针异常的处理，以避免访问到空指针而导致程序出错。

链表的应用十分广泛，特别是在操作系统和编程语言的实现中经常使用链表作为底层数据结构。在对数据进行排序、搜索、过滤等需求的场景下，链表也具有很大的优势，因为它支持动态修改，可以实现更加高效、灵活的操作。

需要了解的是，链表是一种基础的数据结构，也是算法或数据结构学习的常见入门主题。在实际编程过程中，建议合理选择数据结构以及操作方式，以满足特定的需求并提高程序的效率。
当使用链表时，我们经常需要实现以下几个基本操作：

1. 创建链表：创建一个空链表，即创建一个头节点。

2. 插入节点：在链表中插入一个新节点，可以插入到链表的开头、末尾或中间位置。插入操作需要修改相邻节点的指针。

3. 删除节点：删除链表中的一个节点，可以删除头节点、尾节点或中间节点。删除操作需要修改相邻节点的指针，并释放删除节点的内存。

4. 遍历链表：从链表的头节点开始，按照指针的顺序访问链表中的每个节点。可以根据需求打印或处理节点的值。

5. 查找节点：按照某个条件查找链表中的特定节点，可以是根据节点的值或其他属性进行查找。可以找到第一个匹配的节点或所有匹配的节点。

6. 反转链表：将链表的节点顺序反转，即链表的头节点变为尾节点，尾节点变为头节点。

7. 合并链表：将两个有序链表合并成一个有序链表。

在实际应用中，链表的操作往往需要根据具体的问题进行调整和扩展。例如，可以添加一些其他操作来优化链表的使用，如获取链表的长度、判断链表是否为空、查找链表中倒数第k个节点等。

总之，链表是一种重要的数据结构，理解并掌握链表的基本操作可以在程序设计中灵活应用，解决各种数据存储和操作的需求。

其他操作

当使用链表时，还可以进行一些其他常见操作，例如：

1. 获取链表的长度：遍历链表并计数节点的数量，即可得到链表的长度。

2. 查找链表中的最大值或最小值：遍历链表，记录当前最大（或最小）值，并不断更新该值。

3. 判断链表是否有环：使用快慢指针，如果存在环，则快指针最终会追上慢指针。

4. 找到链表的中间节点：使用快慢指针，在快指针达到链表尾部时，慢指针指向的节点即为链表的中间节点。

5. 拆分链表：将链表分为两部分，可以按照某个条件拆分，例如将链表中奇数位置的节点和偶数位置的节点分开。

6. 去除重复节点：遍历链表，通过比较节点的值，删除重复出现的节点。

7. 排序链表：对链表进行排序，可以使用常见的排序算法，如归并排序或快速排序。

8. 合并两个有序链表：将两个有序链表合并成一个有序链表，可以按顺序遍历两个链表的节点，并逐个比较节点的值。

这些操作可以根据具体需求进行实现和扩展，链表的操作需要注意指针的正确指向和更新，以保持链表的完整性和正确性。在实际开发中，灵活运用链表的各种操作，可以解决复杂的数据处理问题，并提高程序的效率和性能。

下篇文章给大家带来最简单的单链表的详解！