链表数据结构

链表是一种线性数据结构，包括一系列连接的节点。在这里，每个节点存储数据并指向下一个节点的地址。例如，

你必须从某个地方开始，所以我们给第一个节点的地址一个特殊的名字叫做 HEAD。此外，可以识别链表中的最后一个节点，因为它没有后置节点。

链表可以有多种类型：单链表、双链表和循环链表。在本文中，我们将重点介绍单向链表。要了解其他类型，请访问链接列表的类型。

**注意：**您可能玩过寻宝游戏，其中每条线索都包含有关下一条线索的信息。这就是链表的运作方式。

链表的表示

让我们看看链表的每个节点是如何表示的。每个节点包括：

一个数据项
另一个节点的地址

我们将数据项和下一个节点引用包装在一个结构体中，如下所示：

struct node
{
  int data;
  struct node *next;
};

理解链表节点的结构是掌握它的关键。

每个结构节点都有一个数据项和一个指向另一个节点的指针。让我们创建一个包含三个项目的简单链表，以了解其工作原理。

/* Initialize nodes */
struct node *head;
struct node *one = NULL;
struct node *two = NULL;
struct node *three = NULL;

/* Allocate memory */
one = malloc(sizeof(struct node));
two = malloc(sizeof(struct node));
three = malloc(sizeof(struct node));

/* Assign data values */
one->data = 1;
two->data = 2;
three->data=3;

/* Connect nodes */
one->next = two;
two->next = three;
three->next = NULL;

/* Save address of first node in head */
head = one;

如果你不理解上面的任何一行，你需要的只是复习一下 C 语言结构体和指针。

只需几步，我们就创建了一个包含三个节点的简单链表。

链表的威力来自打破链并重新加入链的能力。例如，如果您想将元素 4 放在 1 和 2 之间，步骤将是：

创建一个新的结构节点并为其分配内存。
将其数据值添加为 4
将其 next 指针指向包含 2 作为数据值的节点
将 1 节点的 next 指针更改为我们刚刚创建的节点

在数组中做类似的事情需要移动所有后续元素的位置。

在 python 和 Java 中，链表可以使用类来实现。

Python、Java、C 和 C++ 示例中的链表实现

链表是最流行和最高效的数据结构之一，在 C、C++、Python、Java 和 C# 等每种编程语言中都有实现。

除此之外，链表是学习指针如何工作的好方法。通过练习如何操作链表，您可以准备好学习更高级的数据结构，如图形和树。

使用 Python 实现链表

class Node:
    # Creating a node
    def __init__(self, item):
        self.item = item
        self.next = None

class LinkedList:

    def __init__(self):
        self.head = None

if __name__ == '__main__':

    linked_list = LinkedList()

    # Assign item values
    linked_list.head = Node(1)
    second = Node(2)
    third = Node(3)

    # Connect nodes
    linked_list.head.next = second
    second.next = third

    # Print the linked list item
    while linked_list.head != None:
        print(linked_list.head.item, end=" ")
        linked_list.head = linked_list.head.next

使用 Java 实现链表

class LinkedList {
  // Creating a node
  Node head;

  static class Node {
    int value;
    Node next;

    Node(int d) {
      value = d;
      next = null;
    }
  }

  public static void main(String[] args) {
    LinkedList linkedList = new LinkedList();

    // Assign value values
    linkedList.head = new Node(1);
    Node second = new Node(2);
    Node third = new Node(3);

    // Connect nodess
    linkedList.head.next = second;
    second.next = third;

    // printing node-value
    while (linkedList.head != null) {
      System.out.print(linkedList.head.value + " ");
      linkedList.head = linkedList.head.next;
    }
  }
}

使用 C 语言实现链表

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// Creating a node
struct node {
  int value;
  struct node *next;
};

// print the linked list value
void printLinkedlist(struct node *p) {
  while (p != NULL) {
    printf("%d ", p->value);
    p = p->next;
  }
}

int main() {
  // Initialize nodes
  struct node *head;
  struct node *one = NULL;
  struct node *two = NULL;
  struct node *three = NULL;

  // Allocate memory
  one = malloc(sizeof(struct node));
  two = malloc(sizeof(struct node));
  three = malloc(sizeof(struct node));

  // Assign value values
  one->value = 1;
  two->value = 2;
  three->value = 3;

  // Connect nodes
  one->next = two;
  two->next = three;
  three->next = NULL;

  // printing node-value
  head = one;
  printLinkedlist(head);
}

使用 C++ 实现链表

#include <bits/stdc++.h>
#include <iostream>
using namespace std;

// Creating a node
class Node {
   public:
  int value;
  Node* next;
};

int main() {
  Node* head;
  Node* one = NULL;
  Node* two = NULL;
  Node* three = NULL;

  // allocate 3 nodes in the heap
  one = new Node();
  two = new Node();
  three = new Node();

  // Assign value values
  one->value = 1;
  two->value = 2;
  three->value = 3;

  // Connect nodes
  one->next = two;
  two->next = three;
  three->next = NULL;

  // print the linked list value
  head = one;
  while (head != NULL) {
    cout << head->value;
    head = head->next;
  }
}

链表复杂性

链表的时间复杂度

	最差的情况	平均情况
搜索	`O(n)`	`O(n)`
插入	`O(1)`	`O(1)`
删除	`O(1)`	`O(1)`

链表的空间复杂度： O(n)

链表应用

动态内存分配
在堆栈和队列中实现
在软件的撤销功能中
哈希表、图表

编程实例

单次迭代获取链表的中间元素
将链表转换为数组，反之亦然
检测链表中的循环