【数据结构与算法】之链表的操作和使用

链表的定义

链表：由一系列结点（链表中每一个元素称为结点）组成，每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。

链表这种存储方式，其元素个数是不受限定的，当进行添加元素的时候存储的个数就会随之改变。
链表和数组的优缺点对比：

数据形式	优点	缺点
链表	运行时确定大小，快速插入和删除元素	不能随机访问，用户必须提供编程支持
数组	C直接支持，提供随机访问	在编译时确定大小，插入和删除元素很费时

在链表中有一个头指针变量，这个指针变量保存一个地址，通过这个地址来找到这个链表，头指针节点指向第一个节点，在链表中每个节点包含两个部分：数据部分和指针部分。虽然结构体不能含有与本身类型相同的结构，但是可以含有之相同类型结构的指针，这种定义是链表的基础，链表中每一项都包含在何处能找到下一项的信息。而最后一个节点的指针指向必须为空NULL，从链表的原理来看不用担心链表的长度会超出范围这种问题。
链表的声明

typedef struct ListNode{int val;struct ListNode* next;ListNode(int x) :val(x), next(NULL){}
};

链表的基本操作

一、创建单链表

创建头节点head，并且将当前结点p指向头结点（p=head）；
创建下一个结点q，当前结点p的下一结点为q（p->next=q）；
结点p后移一位（p = p->next）；

#include <iostream>
#include<vector>using namespace std;struct ListNode{int val;struct ListNode* next;ListNode(int x) :val(x), next(NULL){}
};int main(){int num;cin >> num;ListNode *head = new ListNode(num);ListNode *p = head;// 利用尾插法创建一个链表while (cin >> num){ListNode* q = new ListNode(num);p->next = q; p = p->next;}// 遍历这个链表，并输出每个结点的元素ListNode *m = head;while (m != nullptr){cout << m->val << endl;m = m->next;}return 0;
}

二、插入节点

判断原链表是否是空链表，如果是，将head指向新增结点；
如果不是空链表，向链表尾部插入新结点；

ListNode* insertNode(ListNode* head, int data){ListNode *newNode = new ListNode(data);ListNode *p = head;if (p == nullptr){head = newNode;} else {while (p->next != nullptr){p = p->next;}p->next = newNode;}return head;
}

三、删除节点

ListNode *deleteNode(ListNode* head, int data){ListNode *p = head;// 首先判断是不是空链表if (p == nullptr){return head;} else {// 判断是不是删除头节点if (p->val == data){head = p->next;delete p;return head;} else {// 如果有该结点，遍历到待删除节点的前一节点while (p->next != nullptr && p->next->val != data){p = p->next;}// 遍历完整个链表都没有待删除节点if (p->next == nullptr){return head;} else {ListNode *deleteNode = p->next;p->next = deleteNode->next;delete deleteNode;return head;}}}
}

四、遍历链表

定义一个用于遍历的临时指针，用while循环实现遍历输出等操作；

void ScanList() {// 定义一个临时变量来指向头struct Node *temp = head;       while (temp != NULL){printf("%d\n",temp->a);// temp指向下一个的地址 即实现++操作temp = temp->next;       }
}

五、查询指定的节点(遍历)

struct Node *FindNode(int a ) {struct Node *temp = head;while(temp != NULL) {if(a == temp->a) {return temp;}temp = temp->next;}return NULL;
}

六、链表清空

FreeList函数仍是采用遍历的方式一个一个的将节点内存释放，最后实现全部删除的效果，但是要注意在最后应该讲头尾节点至NULL否则下次的链表将会接着这次的头尾。

void FreeList() {// 定义一个临时变量来指向头struct Node *temp = head;       while (temp != NULL) {struct Node *pt = temp;// temp指向下一个的地址 即实现++操作temp = temp->next;      // 释放当前free(pt);                    }// 头尾清空,不然下次的头就接着0x10head = NULL;end = NULL;
}

七、反转链表

假设pNode是当前的节点，pPrev是pNode前面的节点，PNext是PNode后面的节点，那么：
- 当pNode不为nullptr，且pNext不为nullptr的时候：
  ① 将pNode指向pPrev（pNode->next = pPrev）；
  ② 将pNode给pPrev（pPrev= pNode）；
  ③ 将pNext给pNode（pNode = pNext）；
- 当pNode不为nullptr，且pNext==nullptr的时候，把反转后的头部指向pNode；

#include <iostream>
#include<vector>using namespace std;struct ListNode{int val;struct ListNode *next;ListNode(int x) :val(x), next(NULL){}
};// 反转链表
ListNode *reverse(ListNode *head) {ListNode *pPrev = nullptr;ListNode *p = head;ListNode *pReverseHead = nullptr;while (p != nullptr){ListNode *pNext = p->next;if (pNext == nullptr){pReverseHead = p;}p->next = pPrev;pPrev = p;p = pNext;}return pReverseHead;
}int main(){int num;cin >> num;ListNode *head = new ListNode(num);ListNode *p = head;while (cin >> num){ListNode *q = new ListNode(num);p->next = q;p = p->next;}p->next = nullptr;ListNode *result = reverse(head);ListNode *node = result;while (node != nullptr){cout << node->val << endl;node = node->next;}return 0;
}

八、倒数第K个节点

设置快慢指针，快指针比慢指针多走k-1步，那么快指针走到终点的时候，慢指针指向倒数第K个结点；

ListNode *FindKthToTail(ListNode *pListHead, unsigned int k) {if (pListHead == nullptr || k == 0){return nullptr;}ListNode *pAhead = pListHead;// 判断K是不是超出了链表的长度for (int i = 0; i< k - 1; i++){if (pAhead->next != nullptr){pAhead = pAhead->next;} else {return nullptr;}}ListNode *pBehind = pListHead;while (pAhead->next != nullptr){pAhead = pAhead->next;pBehind = pBehind->next;}return pBehind;
}

九、判断链表是否有环

可以设置快慢指针，快指针一次走两步，慢指针一次走一步，如果快指针追上了走的慢的指针，那么链表有环，如果走到了链表尾部都没有追上，说明链表无环。
如果有环，返回入口节点：返回的节点一定在环内，如果计算出环中节点的个数count，快指针比慢指针多走count步，那么两个指针相遇时，就是环的入口节点。

// 判断快慢指针是否相遇
ListNode *MeetNode(ListNode *pHead){ListNode *pNode = pHead;// 判断链表是否为空if(pNode == nullptr){return nullptr;}// 设置慢指针（慢指针不能为nullptr）ListNode *slowNode = pNode -> next;if(slowNode == nullptr){return nullptr;}// 设置快指针ListNode *fastNode = slowNode -> next;while(fastNode != nullptr && slowNode != nullptr){// 相遇返回快/慢指针if(fastNode == slowNode){return fastNode;}// slow走一步slowNode = slowNode ->next;// fast走两步（走下一步需要判读是不是为nullptr）fastNode = fastNode -> next;if (fastNode -> next != nullptr){fastNode = fastNode -> next;}}return nullptr;
}// 计算环中节点的个数
int Count(ListNode *pMeet){int count = 0;ListNode * pNode = pMeet;while(pNode->next != pMeet){++count;pNode = pNode -> next;}++ count;return count;
}// 计算环的入口节点
ListNode *EntryNodeOfLoop(ListNode *pHead) {ListNode *meetNode = MeetNode(pHead);if (meetNode == nullptr){return nullptr;}int count = Count(meetNode);ListNode *aheadNode = pHead;ListNode *behindNode = pHead;for(int i = 0; i< count; i++){aheadNode = aheadNode ->next;}while(aheadNode != behindNode){aheadNode = aheadNode -> next;behindNode = behindNode -> next;}ListNode *result = aheadNode;return result;
}

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【数据结构与算法】之链表的操作和使用

链表的定义

链表的基本操作

一、创建单链表

二、插入节点

三、删除节点

四、遍历链表

五、查询指定的节点(遍历)

六、链表清空

七、反转链表

八、倒数第K个节点

九、判断链表是否有环

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