【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dummyHeaddummyHead->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ifListNode* 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-1return -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newnodevoid addAtHead(int val) {               LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);   //创建一个新节点newnodenewNode->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->nextcur->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。