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1 题目

题源链接
设计链表的实现。您可以选择使用单链表或双链表。单链表中的节点应该具有两个属性：val 和 next。val 是当前节点的值，next 是指向下一个节点的指针/引用。如果要使用双向链表，则还需要一个属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点都是 0-index 的。

在链表类中实现这些功能：

• get(index)：获取链表中第 index 个节点的值。如果索引无效，则返回-1。
• addAtHead(val)：在链表的第一个元素之前添加一个值为 val 的节点。插入后，新节点将成为链表的第一个节点。
• addAtTail(val)：将值为 val 的节点追加到链表的最后一个元素。
• addAtIndex(index,val)：在链表中的第 index 个节点之前添加值为 val 的节点。如果 index 等于链表的长度，则该节点将附加到链表的末尾。如果 index 大于链表长度，则不会插入节点。如果index小于0，则在头部插入节点。
• deleteAtIndex(index)：如果索引 index 有效，则删除链表中的第 index 个节点。

示例：

MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
linkedList.addAtHead(1);
linkedList.addAtTail(3);
linkedList.addAtIndex(1,2);   //链表变为1-> 2-> 3
linkedList.get(1);            //返回2
linkedList.deleteAtIndex(1);  //现在链表是1-> 3
linkedList.get(1);            //返回3

提示：

0 <= index, val <= 1000
请不要使用内置的 LinkedList 库。
get, addAtHead, addAtTail, addAtIndex 和 deleteAtIndex 的操作次数不超过 2000。

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2 思路

Carl老师视频讲解

关于链表，你该了解这些！

链表：虚拟头结点，会方便很多！

删除链表节点：

添加链表节点：

这道题目设计链表的五个接口：

• 获取链表第index个节点的数值
• 在链表的最前面插入一个节点
• 在链表的最后面插入一个节点
• 在链表第index个节点前面插入一个节点
• 删除链表的第index个节点

可以说这五个接口，已经覆盖了链表的常见操作，是练习链表操作非常好的一道题目

链表操作的两种方式：

• 直接使用原来的链表来进行操作。
• 设置一个虚拟头结点在进行操作。

当然要使用虚拟头结点来做会更加方便啦~

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3 代码

3.1 C++版本

class MyLinkedList {
private:
    int _size;
    LinkedNode* _dummyHead;
public:
    // 定义链表节点结构体
    struct LinkedNode {
        int val;
        LinkedNode* next;
        LinkedNode(int val):val(val), next(nullptr){}
    };

    // 初始化链表
    MyLinkedList() {
        _dummyHead = new LinkedNode(0); // 这里定义的头结点 是一个虚拟头结点，而不是真正的链表头结点
        _size = 0;
    }

    // 获取到第index个节点数值，如果index是非法数值直接返回-1， 注意index是从0开始的，第0个节点就是头结点
    int get(int index) {
        if (index > (_size - 1) || index < 0) {
            return -1;
        }
        LinkedNode* cur = _dummyHead->next;
        while(index--){ // 如果--index 就会陷入死循环
            cur = cur->next;
        }
        return cur->val;
    }

    // 在链表最前面插入一个节点，插入完成后，新插入的节点为链表的新的头结点
    void addAtHead(int val) {
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
        newNode->next = _dummyHead->next;
        _dummyHead->next = newNode;
        _size++;
    }

    // 在链表最后面添加一个节点
    void addAtTail(int val) {
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while(cur->next != nullptr){
            cur = cur->next;
        }
        cur->next = newNode;
        _size++;
    }

    // 在第index个节点之前插入一个新节点，例如index为0，那么新插入的节点为链表的新头节点。
    // 如果index 等于链表的长度，则说明是新插入的节点为链表的尾结点
    // 如果index大于链表的长度，则返回空
    // 如果index小于0，则在头部插入节点
    void addAtIndex(int index, int val) {

        if(index > _size) return;
        if(index < 0) index = 0;        
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while(index--) {
            cur = cur->next;
        }
        newNode->next = cur->next;
        cur->next = newNode;
        _size++;
    }

    // 删除第index个节点，如果index 大于等于链表的长度，直接return，注意index是从0开始的
    void deleteAtIndex(int index) {
        if (index >= _size || index < 0) {
            return;
        }
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while(index--) {
            cur = cur ->next;
        }
        LinkedNode* tmp = cur->next;
        cur->next = cur->next->next;
        delete tmp;
        _size--;
    }

    // 打印链表
    void printLinkedList() {
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while (cur->next != nullptr) {
            cout << cur->next->val << " ";
            cur = cur->next;
        }
        cout << endl;
    }

};

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3.2 C版本

typedef struct {
    int val;
    struct MyLinkedList* next;
}MyLinkedList;

/** Initialize your data structure here. */

MyLinkedList* myLinkedListCreate() {
    //这个题必须用虚拟头指针,参数都是一级指针,头节点确定后没法改指向了!!!
    MyLinkedList* head = (MyLinkedList *)malloc(sizeof (MyLinkedList));
    head->next = NULL;
    return head;
}

/** Get the value of the index-th node in the linked list. If the index is invalid, return -1. */
int myLinkedListGet(MyLinkedList* obj, int index) {
    MyLinkedList *cur = obj->next;
    for (int i = 0; cur != NULL; i++){
        if (i == index){
            return cur->val;
        }
        else{
            cur = cur->next;
        }
    }
    return -1;
}

/** Add a node of value val before the first element of the linked list. After the insertion, the new node will be the first node of the linked list. */
void myLinkedListAddAtHead(MyLinkedList* obj, int val) {
    MyLinkedList *nhead = (MyLinkedList *)malloc(sizeof (MyLinkedList));
    nhead->val = val;
    nhead->next = obj->next;
    obj->next = nhead;

}

/** Append a node of value val to the last element of the linked list. */
void myLinkedListAddAtTail(MyLinkedList* obj, int val) {
    MyLinkedList *cur = obj;
    while(cur->next != NULL){
        cur = cur->next;
    }
    MyLinkedList *ntail = (MyLinkedList *)malloc(sizeof (MyLinkedList));
    ntail->val = val;
    ntail->next = NULL;
    cur->next = ntail;
}

/** Add a node of value val before the index-th node in the linked list. If index equals to the length of linked list, the node will be appended to the end of linked list. If index is greater than the length, the node will not be inserted. */
void myLinkedListAddAtIndex(MyLinkedList* obj, int index, int val) {
    if (index == 0){
        myLinkedListAddAtHead(obj, val);
        return;
    }
    MyLinkedList *cur = obj->next;
    for (int i = 1 ;cur != NULL; i++){
        if (i == index){
            MyLinkedList* newnode = (MyLinkedList *)malloc(sizeof (MyLinkedList));
            newnode->val = val;
            newnode->next = cur->next;
            cur->next = newnode;
            return;
        }
        else{
            cur = cur->next;
        }
    }
}

/** Delete the index-th node in the linked list, if the index is valid. */
void myLinkedListDeleteAtIndex(MyLinkedList* obj, int index) {
    if (index == 0){
        MyLinkedList *tmp = obj->next;
        if (tmp != NULL){
            obj->next = tmp->next;
            free(tmp);
        }
        return;
    }
    MyLinkedList *cur = obj->next;
    for (int i = 1 ;cur != NULL && cur->next != NULL; i++){
        if (i == index){
            MyLinkedList *tmp = cur->next;
            if (tmp != NULL) {
                cur->next = tmp->next;
                free(tmp);
            }
            return;
        }
        else{
            cur = cur->next;
        }
    }
    
}

void myLinkedListFree(MyLinkedList* obj) {
    while(obj != NULL){
        MyLinkedList *tmp = obj;
        obj = obj->next;
        free(tmp);
    }
}
/**
 * Your MyLinkedList struct will be instantiated and called as such:
 * MyLinkedList* obj = myLinkedListCreate();
 * int param_1 = myLinkedListGet(obj, index);
 
 * myLinkedListAddAtHead(obj, val);
 
 * myLinkedListAddAtTail(obj, val);
 
 * myLinkedListAddAtIndex(obj, index, val);
 
 * myLinkedListDeleteAtIndex(obj, index);
 
 * myLinkedListFree(obj);
*/

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3.3 Java版本

3.3.1 单链表

//单链表
class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode(){}
    ListNode(int val) {
        this.val=val;
    }
}
class MyLinkedList {
    //size存储链表元素的个数
    int size;
    //虚拟头结点
    ListNode head;

    //初始化链表
    public MyLinkedList() {
        size = 0;
        head = new ListNode(0);
    }

    //获取第index个节点的数值，注意index是从0开始的，第0个节点就是头结点
    public int get(int index) {
        //如果index非法，返回-1
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        ListNode currentNode = head;
        //包含一个虚拟头节点，所以查找第 index+1 个节点
        for (int i = 0; i <= index; i++) {
            currentNode = currentNode.next;
        }
        return currentNode.val;
    }

    //在链表最前面插入一个节点，等价于在第0个元素前添加
    public void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }

    //在链表的最后插入一个节点，等价于在(末尾+1)个元素前添加
    public void addAtTail(int val) {
        addAtIndex(size, val);
    }

    // 在第 index 个节点之前插入一个新节点，例如index为0，那么新插入的节点为链表的新头节点。
    // 如果 index 等于链表的长度，则说明是新插入的节点为链表的尾结点
    // 如果 index 大于链表的长度，则返回空
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > size) {
            return;
        }
        if (index < 0) {
            index = 0;
        }
        size++;
        //找到要插入节点的前驱
        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;
    }

    //删除第index个节点
    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        size--;
        if (index == 0) {
            head = head.next;
	    return;
        }
        ListNode pred = head;
        for (int i = 0; i < index ; i++) {
            pred = pred.next;
        }
        pred.next = pred.next.next;
    }
}

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3.3.2 双链表

//双链表
class ListNode{
    int val;
    ListNode next,prev;
    ListNode() {};
    ListNode(int val){
        this.val = val;
    }
}


class MyLinkedList {  

    //记录链表中元素的数量
    int size;
    //记录链表的虚拟头结点和尾结点
    ListNode head,tail;
    
    public MyLinkedList() {
        //初始化操作
        this.size = 0;
        this.head = new ListNode(0);
        this.tail = new ListNode(0);
        //这一步非常关键，否则在加入头结点的操作中会出现null.next的错误！！！
        head.next=tail;
        tail.prev=head;
    }
    
    public int get(int index) {
        //判断index是否有效
        if(index<0 || index>=size){
            return -1;
        }
        ListNode cur = this.head;
        //判断是哪一边遍历时间更短
        if(index >= size / 2){
            //tail开始
            cur = tail;
            for(int i=0; i< size-index; i++){
                cur = cur.prev;
            }
        }else{
            for(int i=0; i<= index; i++){
                cur = cur.next; 
            }
        }
        return cur.val;
    }
    
    public void addAtHead(int val) {
        //等价于在第0个元素前添加
        addAtIndex(0,val);
    }
    
    public void addAtTail(int val) {
        //等价于在最后一个元素(null)前添加
        addAtIndex(size,val);
    }
    
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        //index大于链表长度
        if(index>size){
            return;
        }
        //index小于0
        if(index<0){
            index = 0;
        }
        size++;
        //找到前驱
        ListNode pre = this.head;
        for(int i=0; i<index; i++){
            pre = pre.next;
        }
        //新建结点
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        newNode.next = pre.next;
        pre.next.prev = newNode;
        newNode.prev = pre;
        pre.next = newNode;
        
    }
    
    public void deleteAtIndex(int index) {
        //判断索引是否有效
        if(index<0 || index>=size){
            return;
        }
        //删除操作
        size--;
        ListNode pre = this.head;
        for(int i=0; i<index; i++){
            pre = pre.next;
        }
        pre.next.next.prev = pre;
        pre.next = pre.next.next;
    }
}

/**
 * Your MyLinkedList object will be instantiated and called as such:
 * MyLinkedList obj = new MyLinkedList();
 * int param_1 = obj.get(index);
 * obj.addAtHead(val);
 * obj.addAtTail(val);
 * obj.addAtIndex(index,val);
 * obj.deleteAtIndex(index);
 */

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3.4 JavaScript版本

class LinkNode {
    constructor(val, next) {
        this.val = val;
        this.next = next;
    }
}

/**
 * Initialize your data structure here.
 * 单链表 储存头尾节点 和 节点数量
 */
var MyLinkedList = function() {
    this._size = 0;
    this._tail = null;
    this._head = null;
};

/**
 * Get the value of the index-th node in the linked list. If the index is invalid, return -1. 
 * @param {number} index
 * @return {number}
 */
MyLinkedList.prototype.getNode = function(index) {
    if(index < 0 || index >= this._size) return null;
    // 创建虚拟头节点
    let cur = new LinkNode(0, this._head);
    // 0 -> head
    while(index-- >= 0) {
        cur = cur.next;
    }
    return cur;
};
MyLinkedList.prototype.get = function(index) {
    if(index < 0 || index >= this._size) return -1;
    // 获取当前节点
    return this.getNode(index).val;
};

/**
 * Add a node of value val before the first element of the linked list. After the insertion, the new node will be the first node of the linked list. 
 * @param {number} val
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.addAtHead = function(val) {
    const node = new LinkNode(val, this._head);
    this._head = node;
    this._size++;
    if(!this._tail) {
        this._tail = node;
    }
};

/**
 * Append a node of value val to the last element of the linked list. 
 * @param {number} val
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.addAtTail = function(val) {
    const node = new LinkNode(val, null);
    this._size++;
    if(this._tail) {
        this._tail.next = node;
        this._tail = node;
        return;
    }
    this._tail = node;
    this._head = node;
};

/**
 * Add a node of value val before the index-th node in the linked list. If index equals to the length of linked list, the node will be appended to the end of linked list. If index is greater than the length, the node will not be inserted. 
 * @param {number} index 
 * @param {number} val
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.addAtIndex = function(index, val) {
    if(index > this._size) return;
    if(index <= 0) {
        this.addAtHead(val);
        return;
    }
    if(index === this._size) {
        this.addAtTail(val);
        return;
    }
    // 获取目标节点的上一个的节点
    const node = this.getNode(index - 1);
    node.next = new LinkNode(val, node.next);
    this._size++;
};

/**
 * Delete the index-th node in the linked list, if the index is valid. 
 * @param {number} index
 * @return {void}
 */
MyLinkedList.prototype.deleteAtIndex = function(index) {
    if(index < 0 || index >= this._size) return;
    if(index === 0) {
        this._head = this._head.next;
        // 如果删除的这个节点同时是尾节点，要处理尾节点
        if(index === this._size - 1){
            this._tail = this._head
        }
        this._size--;
        return;
    }
    // 获取目标节点的上一个的节点
    const node = this.getNode(index - 1);    
    node.next = node.next.next;
    // 处理尾节点
    if(index === this._size - 1) {
        this._tail = node;
    }
    this._size--;
};

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4 总结

可以说这五个接口，已经覆盖了链表的常见操作，是练习链表操作非常好的一道题目

链表操作的两种方式：

• 直接使用原来的链表来进行操作。
• 设置一个虚拟头结点在进行操作。

当然要使用虚拟头结点来做会更加方便啦~

Carl老师视频讲解

关于链表，你该了解这些！

链表：虚拟头结点，会方便很多！

By – Suki 2023/1/6
没有路，我们就创造路。