【Day3】链表理论基础、203移除链表元素、707设计链表、206反转链表
- 链表理论基础
- 链表的类型
- 链表的存储方式
- 链表的定义
- 链表的操作
- 203 移除链表元素
- 设置虚拟头节点
- 无虚拟头节点
- 707设计链表
- 206反转链表
- 双指针法
- 递归法
- while和for
链表理论基础
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
链表的类型：单链表、双链表、循环链表
单链表：上面的就是
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：链表首位相连，可以用来解决约瑟夫环问题。
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。
如图：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 C++
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
删除节点
删除D节点，如图所示：
删除D节点，只要将C节点的next指针 指向E节点就可以了。
但D节点依然存留在内存里，只不过是没有在这个链表里而已。所以在C++里最好是再手动释放这个D节点，释放这块内存。
其他语言例如Java、Python，就有自己的内存回收机制，就不用自己手动释放了。
添加节点
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。
203 移除链表元素
题目链接：203
题目：给你一个链表的头节点 head 和一个整数 val ，请你删除链表中所有满足 Node.val == val 的节点，并返回 新的头节点 。
使用C++来做leetcode，如果移除一个节点之后，没有手动在内存中删除这个节点，leetcode依然也是可以通过的，只不过，内存使用的空间大一些而已，但建议依然要养成手动清理内存的习惯。
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。
设置虚拟头节点
建议使用虚拟头节点 这样无论移除的元素是不是头节点，都可以按照一种方式操作。
设置一个虚拟头结点在进行移除节点操作：
class Solution {
public:
ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
ListNode* dummyHead = new ListNode(0); // 设置一个虚拟头结点dummyHead
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; //设置临时指针current 来遍历链表 cur指向临时头节点
while (cur->next != NULL) {
if(cur->next->val == val) {
cur->next = cur->next->next;
} else {
cur = cur->next; //如果没有找到目标值，cur就继续遍历
}
}
return dummyHead->next; //返回虚拟节点的下一个 才是新链表的头节点
delete dummyHead; //删除虚拟节点
}
};
无虚拟头节点
没有设置虚拟头节点，就需要考虑要删除的元素是不是头节点，如果要删除的元素是头节点，那么把头节点向后移一位，进行删除操作；如果删除的元素不是头节点，就照常删除链表元素。
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;
}
};
707设计链表
【经典题型】
题目链接：707
题目：
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。
index是从0开始的
需要专门定义一个临时指针current来遍历链表。而不是直接操作头指针
因为操作完链表后要返回头节点，如果一开始就操作头节点，那头节点的值都改了，无法返回链表的头节点。
代码如下
class MyLinkedList {
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) { //index不能小于0 不能大于size-1
return -1;
}
LinkedNode* cur = _dummyHead->next; //设置临时指针cur 指向真实的头节点
while(index--){ // 如果--index 就会陷入死循环
cur = cur->next; //遍历找index
}
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
//这里应该先让newnode的next指向虚拟头节点的next_dummyHead->next；再让虚拟头节点dummyHead->next指向newnode
void addAtHead(int val) {
LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val); //创建一个新节点newnode
newNode->next = _dummyHead->next; // newNode的next指向实际的头节点 就是虚拟节点的next
_dummyHead->next = newNode; //虚拟头节点指向这个Node，
_size++;
}
// 在链表最后面添加一个节点
void addAtTail(int val) {
LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val); //先定义一个新节点
LinkedNode* cur = _dummyHead; //当前的遍历节点指向尾部
while(cur->next != nullptr){ //cur的next不为空就一直遍历，直到为空是cur指向尾部
cur = cur->next; //遍历
}
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
//在第index前插入一个节点，一定要知道index前一个节点的指针。cur为index的前一个节点，cur->next是第index节点
void addAtIndex(int index, int val) {
if(index > _size) return;
if(index < 0) index = 0;
LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val); //newnode是要插入的节点
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
//删除第index个节点，cur-next是index，cur是index的前一个节点
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;
}
private:
int _size;
LinkedNode* _dummyHead;
};
206反转链表
【面试高频题】
题目链接:206
题目：
给你单链表的头节点 head ，请你反转链表，并返回反转后的链表。
示例: 输入: 1->2->3->4->5->NULL 输出: 5->4->3->2->1->NULL
双指针法
class Solution {
public:
ListNode* reverseList(ListNode* head) {
ListNode* temp; // 保存cur的下一个节点
ListNode* cur = head;
ListNode* pre = NULL;
while (cur) { //当cur指向null 遍历结束
temp = cur->next; // 保存一下 cur的下一个节点，因为接下来要改变cur->next
cur->next = pre; // 翻转操作
// 更新pre 和 cur指针
pre = cur;
cur = temp;
}
return pre;
}
};
递归法
归法相对抽象一些，但是其实和双指针法是一样的逻辑，同样是当cur为空的时候循环结束，不断将cur指向pre的过程。
关键是初始化的地方，可以看到双指针法中初始化 cur = head，pre = NULL，在递归法中可以从如下代码看出初始化的逻辑也是一样的，只不过写法变了。
class Solution {
public:
ListNode* reverse(ListNode* pre,ListNode* cur){
if(cur == NULL) return pre;
ListNode* temp = cur->next;
cur->next = pre;
// 可以和双指针法的代码进行对比，如下递归的写法，其实就是做了这两步
// pre = cur;
// cur = temp;
return reverse(cur,temp);
}
ListNode* reverseList(ListNode* head) {
// 和双指针法初始化是一样的逻辑
// ListNode* cur = head;
// ListNode* pre = NULL;
return reverse(NULL, head);
}
};
while和for
while可以干的事情，for都可以干，就是写起来会别扭一下。一般来说，while擅长于条件控制的循环，for擅长起始位置和终止位置固定好的循环，当你的循环条件没有收尾终止的时候，可以想一想while。
for循环适合已知循环次数的操作，while循环适合未知循环次数的操作。
for循环执行末尾循环体后将再次进行条件判断，若条件还成立，则继续重复上述循环，当条件不成立时则跳出当下for循环。
while循环当满足条件时进入循环，进入循环后，当条件不满足时，执行完循环体内全部语句后再跳出（而不是立即跳出循环）。
for循环的目的是为了限制循环体的执行次数，使结果更精确。
while循环的目的是为了反复执行语句或代码块。
