05 | 鏈表（下）：如何輕鬆寫出正確的鏈表代碼？

上一節我講了鏈表相關的基礎知識。學完以後，我看到有人留言說，基礎知識我都掌握了，可是寫鏈表代碼仍是很費勁。哈哈，的確是這樣的！

 

想要寫好鏈表代碼並非容易的事兒，尤爲是那些複雜的鏈表操做，好比鏈表反轉、有序鏈表合併等，寫的時候很是容易出錯。，能把「鏈表反轉」這幾行代碼寫對的人不足 10% 。

 

爲何鏈表代碼這麼難寫？究竟怎樣才能比較輕鬆地寫出正確的鏈表代碼呢？

 

只要願意投入時間，我以爲大多數人都是能夠學會的。好比說，若是你真的能花上一個週末或者一成天的時間，就去寫鏈表反轉這一個代碼，多寫幾遍，一直練到能絕不費力地寫出 Bug free 的代碼。這個坎還會很難跨嗎？

 

固然，本身有決心而且付出精力是成功的先決條件，除此以外，咱們還須要一些方法和技巧。我根據本身的學習經歷和工做經驗，總結了幾個寫鏈表代碼技巧。若是你能熟練掌握這幾個技巧，加上你的主動和堅持，輕鬆拿下鏈表代碼徹底沒有問題。

 

技巧一：理解指針或引用的含義

 

事實上，看懂鏈表的結構並非很難，可是一旦把它和指針混在一塊兒，就很容易讓人摸不着頭腦。因此，要想寫對鏈表代碼，首先就要理解好指針。

 

咱們知道，有些語言有「指針」的概念，好比 C 語言；有些語言沒有指針，取而代之的是「引用」，好比 Java、Python。無論是「指針」仍是「引用」，實際上，它們的意思都是同樣的，都是存儲所指對象的內存地址。

 

接下來，我會拿 C 語言中的「指針」來說解，若是你用的是 Java 或者其餘沒有指針的語言也不要緊，你把它理解成「引用」就能夠了。

 

實際上，對於指針的理解，你只須要記住下面這句話就能夠了：

 

將某個變量賦值給指針，實際上就是將這個變量的地址賦值給指針，或者反過來講，指針中存儲了這個變量的內存地址，指向了這個變量，經過指針就能找到這個變量。

 

這句話聽起來還挺拗口的，你能夠先記住。咱們回到鏈表代碼的編寫過程當中，我來慢慢給你解釋。

 

在編寫鏈表代碼的時候，咱們常常會有這樣的代碼：p->next=q。這行代碼是說，p 結點中的 next 指針存儲了 q 結點的內存地址。

 

還有一個更復雜的，也是咱們寫鏈表代碼常常會用到的：p->next=p->next->next。這行代碼表示，p 結點的 next 指針存儲了 p 結點的下下一個結點的內存地址。

 

掌握了指針或引用的概念，你應該能夠很輕鬆地看懂鏈表代碼。恭喜你，已經離寫出鏈表代碼近了一步！

 

技巧二：警戒指針丟失和內存泄漏

 

不知道你有沒有這樣的感受，寫鏈表代碼的時候，指針指來指去，一下子就不知道指到哪裏了。因此，咱們在寫的時候，必定注意不要弄丟了指針。+指針每每都是怎麼弄丟的呢？我拿單鏈表的插入操做爲例來給你分析一下

 

 

如圖所示，咱們但願在結點 a 和相鄰的結點 b 之間插入結點 x，假設當前指針 p 指向結點 a。若是咱們將代碼實現變成下面這個樣子，就會發生指針丟失和內存泄露。

 

p->next = x;  // 將 p 的 next 指針指向 x 結點；
x->next = p->next;  // 將 x 的結點的 next 指針指向 b 結點；

　　

初學者常常會在這兒犯錯。p->next+指針在完成第一步操做以後，已經再也不指向結點 b 了，而是指向結點 x。第 2 行代碼至關於將 x 賦值給 x->next，本身指向本身。所以，整個鏈表也就斷成了兩半，從結點 b 日後的全部結點都沒法訪問到了。

 

對於有些語言來講，好比 C 語言，內存管理是由程序員負責的，若是沒有手動釋放結點對應的內存空間，就會產生內存泄露。因此，咱們插入結點時，必定要注意操做的順序，要先將結點 x 的 next 指針指向結點 b，再把結點 a 的 next 指針指向結點 x，這樣纔不會丟失指針，致使內存泄漏。因此，對於剛剛的插入代碼，咱們只須要把第 1 行和第 2 行代碼的順序顛倒一下就能夠了。

 

同理，刪除鏈表結點時，也必定要記得手動釋放內存空間，不然，也會出現內存泄漏的問題。固然，對於像 Java 這種虛擬機自動管理內存的編程語言來講，就不須要考慮這麼多了。

 

技巧三：利用哨兵簡化實現難度

 

首先，咱們先來回顧一下單鏈表的插入和刪除操做。若是咱們在結點 p 後面插入一個新的結點，只須要下面兩行代碼就能夠搞定。

new_node->next = p->next;
p->next = new_node;

　　

可是，當咱們要向一個空鏈表中插入第一個結點，剛剛的邏輯就不能用了。咱們須要進行下面這樣的特殊處理，其中 head 表示鏈表的頭結點。因此，從這段代碼，咱們能夠發現，對於單鏈表的插入操做，第一個結點和其餘結點的插入邏輯是不同的。

 

if (head == null) {
  head = new_node;
}

　　

咱們再來看單鏈表結點刪除操做。若是要刪除結點 p 的後繼結點，咱們只須要一行代碼就能夠搞定。

 

 

p->next = p->next->next;

　　

可是，若是咱們要刪除鏈表中的最後一個結點，前面的刪除代碼就不 work 了。跟插入相似，咱們也須要對於這種狀況特殊處理。寫成代碼是這樣子的：

 

if (head->next == null) {
   head = null;
}

　　

從前面的一步一步分析，咱們能夠看出，針對鏈表的插入、刪除操做，須要對插入第一個結點和刪除最後一個結點的狀況進行特殊處理。這樣代碼實現起來就會很繁瑣，不簡潔，並且也容易由於考慮不全而出錯。如何來解決這個問題呢？

 

技巧三中提到的哨兵就要登場了。哨兵，解決的是國家之間的邊界問題。同理，這裏說的哨兵也是解決「邊界問題」的，不直接參與業務邏輯。

 

還記得如何表示一個空鏈表嗎？head=null 表示鏈表中沒有結點了。其中 head 表示頭結點指針，指向鏈表中的第一個結點。

 

若是咱們引入哨兵結點，在任什麼時候候，無論鏈表是否是空，head 指針都會一直指向這個哨兵結點。咱們也把這種有哨兵結點的鏈表叫帶頭鏈表。相反，沒有哨兵結點的鏈表就叫做不帶頭鏈表。

 

我畫了一個帶頭鏈表，你能夠發現，哨兵結點是不存儲數據的。由於哨兵結點一直存在，因此插入第一個結點和插入其餘結點，刪除最後一個結點和刪除其餘結點，均可以統一爲相同的代碼實現邏輯了。

 

 

實際上，這種利用哨兵簡化編程難度的技巧，在不少代碼實現中都有用到，好比插入排序、歸併排序、動態規劃等。這些內容咱們後面纔會講，如今爲了讓你感覺更深，我再舉一個很是簡單的例子。代碼我是用 C 語言實現的，不涉及語言方面的高級語法，很容易看懂，你能夠類比到你熟悉的語言。

 

代碼一：

int find(char* a, int n, char key) {
  int i = 0;
  while (i < n) {
    if (a[i] == key) {
      return i;
    }
    ++i;
  }
  return -1;
}

　　

代碼二：

inf find(char* a, int n, int key) {
  if (a[n-1] == key) {
    return n-1;
  }
  char tmp = a[n-1];
  a[n-1] = key;
  int i = 0;
  while (a[i] != key) {
    ++i;
  }
  a[n-1] = tmp;
  if (i == n-1) return -1;
  return i;
}

　　

對比兩段代碼，在字符串 a 很長的時候，好比幾萬、幾十萬，你以爲哪段代碼運行得更快點呢？答案是代碼二，由於兩段代碼中執行次數最多就是 while 循環那一部分。第二段代碼中，咱們經過一個哨兵  a[n-1] = key，成功省掉了一個比較語句 i<n，不要小看這一條語句，當累積執行萬次、幾十萬次時，累積的時間就很明顯了。

 

固然，這只是爲了舉例說明哨兵的做用，你寫代碼的時候千萬不要寫第二段那樣的代碼，由於可讀性太差了。大部分狀況下，咱們並不須要如此追求極致的性能。

 

技巧四：重點留意邊界條件處理

 

軟件開發中，代碼在一些邊界或者異常狀況下，最容易產生 Bug。鏈表代碼也不例外。要實現沒有 Bug 的鏈表代碼，必定要在編寫的過程當中以及編寫完成以後，檢查邊界條件是否考慮全面，以及代碼在邊界條件下是否能正確運行。

 

我常常用來檢查鏈表代碼是否正確的邊界條件有這樣幾個：

　　若是鏈表爲空時，代碼是否能正常工做？

　　若是鏈表只包含一個結點時，代碼是否能正常工做？

　　若是鏈表只包含兩個結點時，代碼是否能正常工做？

　　代碼邏輯在處理頭結點和尾結點的時候，是否能正常工做？

 

當你寫完鏈表代碼以後，除了看下你寫的代碼在正常的狀況下可否工做，還要看下在上面我列舉的幾個邊界條件下，代碼仍然可否正確工做。若是這些邊界條件下都沒有問題，那基本上能夠認爲沒有問題了。

 

固然，邊界條件不止我列舉的那些。針對不一樣的場景，可能還有特定的邊界條件，這個須要你本身去思考，不過套路都是同樣的。+實際上，不光光是寫鏈表代碼，你在寫任何代碼時，也千萬不要只是實現業務正常狀況下的功能就行了，必定要多想一想，你的代碼在運行的時候，可能會遇到哪些邊界狀況或者異常狀況。遇到了應該如何應對，這樣寫出來的代碼纔夠健壯！

 

技巧五：舉例畫圖，輔助思考

 

對於稍微複雜的鏈表操做，好比前面咱們提到的單鏈表反轉，指針一下子指這，一下子指那，一下子就被繞暈了。總感受腦容量不夠，想不清楚。因此這個時候就要使用大招了，舉例法和畫圖法。

 

你能夠找一個具體的例子，把它畫在紙上，釋放一些腦容量，留更多的給邏輯思考，這樣就會感受到思路清晰不少。好比往單鏈表中插入一個數據這樣一個操做，我通常都是把各類狀況都舉一個例子，畫出插入前和插入後的鏈表變化，如圖所示：

 

 

看圖寫代碼，是否是就簡單多啦？並且，當咱們寫完代碼以後，也能夠舉幾個例子，畫在紙上，照着代碼走一遍，很容易就能發現代碼中的 Bug。

 

技巧六：多寫多練，沒有捷徑

 

若是你已經理解並掌握了我前面所講的方法，可是手寫鏈表代碼仍是會出現各類各樣的錯誤，也不要着急。由於我最開始學的時候，這種情況也持續了一段時間。

 

如今我寫這些代碼，簡直就和「玩兒」同樣，其實也沒有什麼技巧，就是把常見的鏈表操做都本身多寫幾遍，出問題就一點一點調試，熟能生巧！

 

因此，我精選了 5 個常見的鏈表操做。你只要把這幾個操做都能寫熟練，不熟就多寫幾遍，我保證你以後不再會懼怕寫鏈表代碼。

 

單鏈表反轉+鏈表中環的檢測 兩個有序的鏈表合併+刪除鏈表倒數第 n 個結點 求鏈表的中間結點

 

內容小結

 

這節我主要和你講了寫出正確鏈表代碼的六個技巧。分別是理解指針或引用的含義、警戒指針丟失和內存泄漏、利用哨兵簡化實現難度、重點留意邊界條件處理，以及舉例畫圖、輔助思考，還有多寫多練。

 

我以爲，寫鏈表代碼是最考驗邏輯思惟能力的。由於，鏈表代碼處處都是指針的操做、邊界條件的處理，稍有不慎就容易產生 Bug。鏈表代碼寫得好壞，能夠看出一我的寫代碼是否夠細心，考慮問題是否全面，思惟是否縝密。因此，這也是不少面試官喜歡讓人手寫鏈表代碼的緣由。因此，這一節講到的東西，你必定要本身寫代碼實現一下，纔有效果。

 

課後思考

 

今天咱們講到用哨兵來簡化編碼實現，你是否還可以想到其餘場景，利用哨兵能夠大大地簡化編碼難度？