链表

链表基础理论

什么是链表，链表是一种通过指针串联在一起的线性结构，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）。

链表的入口节点称为链表的头结点也就是head。

链表的类型

单链表

双链表

单链表中的指针域只能指向节点的下一个节点。

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。

循环链表

循环链表，顾名思义，就是链表首尾相连。

循环链表可以用来解决约瑟夫环

链表的存储方式

数组是在内存中是连续分布的，但是链表在内存中可不是连续分布的。

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。

这个链表起始节点为2， 终止节点为7， 各个节点分布在内存的不同地址空间上，通过指针串联在一起。

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
};

有同学说了，我不定义构造函数行不行，答案是可以的，C++默认生成一个构造函数。

但是这个构造函数不会初始化任何成员变量，下面我来举两个例子：

通过自己定义构造函数初始化节点：

ListNode* head = new ListNode(5);

使用默认构造函数初始化节点：

ListNode* head = new ListNode();
head->val = 5;

所以如果不定义构造函数使用默认构造函数的话，在初始化的时候就不能直接给变量赋值！

链表的操作

添加节点

删除节点

删除D节点，如图所示：

delete root;

只要将C节点的next指针 指向E节点就可以了。

那有同学说了，D节点不是依然存留在内存里么？只不过是没有在这个链表里而已。

是这样的，所以在C++里最好是再手动释放这个D节点，释放这块内存。

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。

链表的长度可以是不固定的，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。

构建链表

// 数组构造链表
ListNode* construct_array(const vector<int>& vec) {
	if (vec.empty()) return nullptr;
	ListNode* head = new ListNode(vec[0]);
	ListNode* cur = head;

	for (int i = 1; i < vec.size(); i++) {
		cur->next = new ListNode(vec[i]);
		cur = cur->next;
	}
	cur->next = NULL;
	return head;
}

删除节点（内存泄漏的坑）

1.直接移除

ListNode* removeElements1(ListNode* head, int val) {
	// 删除头节点
	while (head!=NULL && head->val == val)
	{
		ListNode* tmp = head;
		head = head->next;
		delete tmp;
		tmp = NULL;
	}

	// 删除非头节点
	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;
			tmp = NULL;
		}
		else{
			cur = cur->next;
		}
	}
	return head;
}

2.使用虚拟头结点

ListNode* removeElements2(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，这样方便后面做删除操作
	ListNode* cur = dummyHead;
	while (cur->next != NULL) {
		if (cur->next->val == val) {
			ListNode* tmp = cur->next;
			cur->next = cur->next->next;
			delete tmp;
			tmp = NULL; 
		}
		else {
			cur = cur->next;
		}
	}
	head = dummyHead->next;
	delete dummyHead;
	return head;
}

3.delete指针后，要将指针置为NULL！！

在delete指针后，将指针置为NULL。例如：delete tmp; tmp = NULL;
在delete指针后，将指针置为NULL。例如：delete tmp; tmp = NULL;
在delete指针后，将指针置为NULL。例如：delete tmp; tmp = NULL;

不然会发生内存泄漏！！！

不然会发生内存泄漏！！！

不然会发生内存泄漏！！

完整代码示例

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

// 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() : val(NULL), next(NULL){}	// 节点的构造函数
	ListNode(int x) : val(x), next(NULL){}	// 节点的构造函数
};

// 数组构造链表
ListNode* construct_array(const vector<int>& vec) {
	if (vec.empty()) return nullptr;
	ListNode* head = new ListNode(vec[0]);
	ListNode* cur = head;

	for (int i = 1; i < vec.size(); i++) {
		cur->next = new ListNode(vec[i]);
		cur = cur->next;
	}
	cur->next = NULL;
	return head;
}

// 添加节点
void append(ListNode* head, int value){
	if (!head){
		head = new ListNode(value);
	}
	else{
		ListNode* cur = head;
		while (cur->next)
		{
			cur = cur->next;
		}
		cur->next = new ListNode(value);
	}
}


/* 删除节点
在delete指针后，将指针置为NULL。例如：delete tmp; tmp = NULL;
在delete指针后，将指针置为NULL。例如：delete tmp; tmp = NULL;
在delete指针后，将指针置为NULL。例如：delete tmp; tmp = NULL;
*/
ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
	// 删除头节点
	while (head != NULL && head->val == val)
	{
		ListNode* tmp = head;
		head = head->next;
		delete tmp;
		tmp = NULL;
	}

	// 删除非头节点
	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;
			tmp = NULL;
		}
		else{
			cur = cur->next;
		}
	}
	return head;
}

// 打印链表
void printList(ListNode* head){
	ListNode* cur = head;
	while (cur)
	{
		cout << cur->val << " ";
		cur = cur->next;
	}
	cout << endl;
}

int main() {
	vector<int> arry = { 1, 3, 3, 4, 5 };
	ListNode* head = construct_array(arry);
	printList(head);
	append(head, 6);
	printList(head);
	head = removeElements(head, 3);
	printList(head);
	system("PAUSE");
	return 0;
}