• 本文主题：通过一道题目，学习链表的基本操作

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一、前言

大家好久不见，今天学者想给大家分享一道题目，通过这道题目我们会学习链表的常规操作，只要熟练掌握这道题目，我们就掌握了链表的基本操作，一起来看看吧！

二、题目信息

点我做题：设计链表

本题题目描述复杂，在这里简单描述一下题目要求实现的功能：

• get(index)：获取链表中第 index 个节点的值。如果索引无效，则返回-1。
• addAtTail(val)：将值为 val 的节点追加到链表的最后一个元素。
• 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
• 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。
• ListFree() //C语言和C++需要手动销毁内存

这道题目说白了就是让我们设计一个链表，能够完成链表的基础操作即可！

三、解决方案

3.0什么是链表？

要创建一个链表，我们就要知道什么是链表，链表功能与顺序表（数组）相同，都是用来存储数据的表，与顺序表（数组）不同的是，链表的地址空间并不连续，如图：

我们把这种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构叫做链表

3.1节点的概念

要实现上述功能，我们需要有一个结构体实现，这个结构体有两点要求

1. 数据域
2. 指针域（指向下一个节点）

通过这样的方式，将整个链表串联在一起，以C/C++的结构体为例：

typedef struct mylinkedList{
    int val;//数据域
    struct mylinkedList* next;//指针域
} MyLinkedList;

虚拟头节点

在链表增删查改的过程中，常常有一些极端的情况需要单独处理，比如增加一个元素、删除一个元素这种情况，因此我们选择使用虚拟头节点（dummynode）来使操作统一，这样也更加简洁。

❕重要 与数组种零号下标就是第一个元素相同，上图中第一个有效节点是零号下标，接下来题目讲解也默认从零号下标开始

3.2链表创建

链表创建就是让我们返回一个节点，这个节点就代表了这个链表，我们顺便实现一个获取节点的函数getNodo() 后续操作都会使用到。

//创建一个节点
MyLinkedList* getNode()
{
    MyLinkedList* Node = (MyLinkedList*)malloc(sizeof(MyLinkedList));
    Node->val = 0;
    Node->next = NULL;
    return Node;
}

//创建头节点并返回
MyLinkedList* myLinkedListCreate() {
    MyLinkedList* dummyNode = getNode();
    _size = 0;//可以设置为全局变量，也可以在对象里设置
    return dummyNode;
}

3.3头插/尾插

• 头插

头插即让此节点（newnode）成为第一个节点，我们只要调整指针指向的对象即可

1. newnode->firstnode（这样firstnode就成为了第二个节点）
2. dummyhead->newnode（这样虚拟头节点找到了新的头节点）

参考代码：

void myLinkedListAddAtHead(MyLinkedList* obj, int val) {
    MyLinkedList* newnode = getNode();
    newnode->val = val;
    newnode->next = obj->next;
    obj->next = newnode;
    _size++;
}

• 尾插

尾插即在链表最后追加一个节点，因此我们需要找到最后一个节点，定义一个循环变量cur，只要cur->next是NULL，我们就停止循环，在cur位置重复与头插相同的操作即可。

参考代码：

void myLinkedListAddAtTail(MyLinkedList* obj, int val) {
    MyLinkedList* cur = obj;
    while(cur->next != NULL)
    {
        cur = cur->next;
    }

    MyLinkedList* newnode = getNode();
    newnode->val = val;
    cur->next = newnode;
    _size++;
}

3.4在给定位置前插入

与头插尾插相同，大家可以看图理解一下，需要注意的是本题要求在index位置前插入

可以采用数学归纳法来总结：

1. 在1位置前插入，cur需要走1次
2. 在0位置前插入，cur需要走0次

循环里的（index–）恰好就满足我们的需要

参考代码：

void myLinkedListAddAtIndex(MyLinkedList* obj, int index, int val) {
    if(index > _size) return;//大于链表肯定无法插入直接返回
    if(index < 0) index = 0;//小于0就是按照头插逻辑进行
    MyLinkedList* cur = obj;
    MyLinkedList* newnode = getNode();
    while(index--)
    {
        cur = cur->next;
    }
    newnode->val = val;
    newnode->next = cur->next;
    cur->next = newnode;
    _size++;
}

❕重要 改变指针的顺序要按照上图中标定的1，2进行，或是使用一个临时变量先保存下一个节点，不然会出现越界访问等一系列问题！

3.5删除给定位置节点

如图，要删除第0个节点，只需要找到前一个节点，让前一个节点指向要删除的节点的下一个节点即可，大家可以看图理解一下，虚线部分就是我们要删除的元素，至于如何找到前一个元素，我在3.4在给定位置前插入这一小节已经讲过，大家可以回去翻阅~

参考代码：

void myLinkedListDeleteAtIndex(MyLinkedList* obj, int index) {
    if(index >= _size || index < 0) return;
    //检查是否符合删除的要求，不符合直接返回即可

    MyLinkedList* cur = obj;
    while(index--)
    {
        cur=cur->next;
    }
    cur->next = cur->next->next;
    _size--;

}

3.6删除链表

C/C++等语言需要手动删除链表，逻辑也非常简单，我们只需要一个循环变量，将它赋值为cur，释放掉对应内存再重复此操作即可

参考代码：

void myLinkedListFree(MyLinkedList* obj) {
    while(obj != NULL)
    {
        MyLinkedList* tmp = obj;
        obj = obj->next;
        free(tmp);
    }
}

四、完整参考代码

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

int _size = 0;

MyLinkedList* getNode()
{
    MyLinkedList* Node = (MyLinkedList*)malloc(sizeof(MyLinkedList));
    Node->val = 0;
    Node->next = NULL;
    return Node;
}


MyLinkedList* myLinkedListCreate() {
    MyLinkedList* dummyNode = getNode();
    _size = 0;
    return dummyNode;
}

int myLinkedListGet(MyLinkedList* obj, int index) {
    if(index < 0 || index >= _size) return -1;
    MyLinkedList* cur = obj->next;
    while(index--)
    {
        cur = cur->next;
    }
    return cur->val;
}

void myLinkedListAddAtHead(MyLinkedList* obj, int val) {
    MyLinkedList* newnode = getNode();
    newnode->val = val;
    newnode->next = obj->next;
    obj->next = newnode;
    _size++;
}

void myLinkedListAddAtTail(MyLinkedList* obj, int val) {
    MyLinkedList* cur = obj;
    while(cur->next != NULL)
    {
        cur = cur->next;
    }

    MyLinkedList* newnode = getNode();
    newnode->val = val;
    cur->next = newnode;
    _size++;
}

void myLinkedListAddAtIndex(MyLinkedList* obj, int index, int val) {
    if(index > _size) return;
    if(index < 0) index = 0;
    MyLinkedList* cur = obj;
    MyLinkedList* newnode = getNode();
    while(index--)
    {
        cur = cur->next;
    }
    newnode->val = val;
    newnode->next = cur->next;
    cur->next = newnode;
    _size++;
}

void myLinkedListDeleteAtIndex(MyLinkedList* obj, int index) {
    if(index >= _size || index < 0) return;

    MyLinkedList* cur = obj;
    while(index--)
    {
        cur=cur->next;
    }
    cur->next = cur->next->next;
    _size--;

}

void myLinkedListFree(MyLinkedList* obj) {
    while(obj != NULL)
    {
        MyLinkedList* tmp = obj;
        obj = obj->next;
        free(tmp);
    }
}

五、结语

到这里，本篇文章所有的内容就结束了，相信你已经学会了链表的基本操作！

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