《數據結構教程》2.3 線性鏈表

爲了彌補和克服上一節所述順序存儲結構所帶來的的不足，這一節討論線性表的另外一種存儲結構——鏈式存儲結構。鏈式存儲結構不要求邏輯上相鄰的數據元素在物理位置上也相鄰，經過 指針 來映射數據元素之間的邏輯關係。

使用連式存儲結構時，每一個數據元素除了存儲自身的數據信息外，還須要存儲一個指示其直接後繼元素位置的信息，這兩部分組成一個 鏈結點。

當鏈表中每個鏈結點除了數據域外只設置一個指針域時，稱這樣的鏈表爲 線性鏈表 或 單鏈表。

C 語言實現

鏈結點

一個鏈結點定義以下：

typedef struct node {
  ElemType data;
  struct node *link;
} LNode, *LinkList;
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基本操做

線性鏈表的基本操做都比較簡單，挑幾個重點說明以下。

建立鏈表

書中沒有指定每一個數據元素的來源，這裏假設是由用戶輸入的，使用 scanf 函數。

/** * 1. 創建一個線性鏈表 */
LinkList create(int n) {
  LinkList list = NULL, rear = NULL;

  for (int i = 0; i < n; i++) {
    int val;
    scanf("%d", &val);

    LNode *node = malloc(sizeof(LNode));
    node -> data = val;
    node -> link = NULL;

    if (list == NULL) {
      list = node;
    } else {
      rear -> link = node;
    }

    rear = node;
  }

  return list;
}
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須要注意一下若是使用的是判斷 rear == NULL，那麼 rear 在聲明的時候必須賦初值爲 NULL，不然 rear 初始化時是一個垃圾值，不會進入判斷條件，使得下面調用 rear -> link 會拋出異常。

插入結點

插入分了三種，往頭部插入、往尾部插入以及在某個結點後插入。後面兩種比較簡單，但注意第一種。C 語言是 按值傳遞，若是此處函數簽名不是 LinkList 的指針（LinkList*），而直接使用 LinkList，那麼在最後賦值時，list = newNode 是不會起做用的，由於修改的只是 形參的指針。

/** * 5. 在非空線性鏈表第一個鏈結點前插入一個 item * * 注意：簽名必須是指針的指針 */
void insertLink1(LinkList *list, ElemType item) {
  LinkList newNode = malloc(sizeof(LNode));
  newNode -> data = item;
  newNode -> link = *list;
  *list = newNode;
}

/** * 6. 在非空線性鏈表的末尾插入一個 item */
void insertLink2(LinkList list, ElemType item) {
  LinkList rear = list;

  while (rear -> link != NULL) {
    rear = rear -> link;
  }

  LinkList newNode = malloc(sizeof(LNode));
  newNode -> data = item;
  newNode -> link = NULL;
  rear -> link = newNode;
}

/** * 7. 在線性鏈表指針 p 後面插入一個 item */
void insertLink3(LinkList list, LinkList q, ElemType item) {
  LinkList newNode = malloc(sizeof(LNode));
  newNode -> data = item;

  if (list == NULL) {
    newNode -> link = NULL;
    list = newNode;
  } else {
    newNode -> link = q -> link;
    q -> link = newNode;
  }
}
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經典算法題

線性鏈表的反轉

leetcode 206. 反轉鏈表

線性鏈表的反轉是一個比較經典的面試題，實際上實現起來也比較簡單，主要須要理清思路。

實際上須要維護的指針有三個：

• 當前遍歷到的鏈結點（cur）
• 上一個鏈結點（prev）
• 上上個鏈結點（prevPrev）

當每一步進行反轉時，實際上反轉的是將 prev 指向 prevPrev，由於 cur 指針的 link 是不能動的，不然你就找不到下一個鏈結點了。

因此思路是（while 循環中的四行代碼）：

1. 上上個結點（prevPrev）日後走
2. 上個結點（prev）日後走
3. 當前結點（cur）日後走
4. 反轉 prev 與 prevPrev

/** * 13. 線性鏈表的反轉 */
void invert(LinkList *list) {
  LinkList cur = *list, prev = NULL, prevPrev = NULL;

  while (cur != NULL) {
    prevPrev = prev;
    prev = cur;
    cur = cur -> link;
    prev -> link = prevPrev;
  }

  *list = prev;
}
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刪除鏈表的倒數第 N 個節點

leetcode 19. 刪除鏈表的倒數第N個節點

由於鏈表是單向的，沒法直接從後往前尋找倒數第 N 個節點。要使時間複雜度爲 O(n)，即一次遍歷實現，能夠基於以下思路：

使用兩個指針，其中一個指針比另外一個領先 N 個節點，而後兩個節點同時日後移動，當前面的指針到達結尾時，後面的指針則到達了倒數第 N 個位置。

struct ListNode* removeNthFromEnd(struct ListNode* head, int n){
    struct ListNode* pioneer = head;
    struct ListNode* prev = head;
    
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        pioneer = pioneer -> next;
    }
    
    if (pioneer == NULL) {
        prev = prev -> next;
        return prev;
    }
    
    while (pioneer -> next != NULL) {
        prev = prev -> next;
        pioneer = pioneer -> next;
    }
    
    prev -> next = prev -> next -> next;
    
    return head;
}
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