05 链表（下）：如何轻松写出正确的链表代码？

Posted 2021-05-26 晓灬风

如何轻松写出正确的链表代码？

技巧一：理解指针或引用的含义

将某个变量赋值给指针，实际上就是将这个变量的地址赋值给指针，或者反过来说，指针中存储了这个变量的内存地址，指向了这个变量，通过指针就能找到这个变量。

常见链表代码

p->next=q

这行代码是说，p结点的next指针存储了q结点的内存地址。

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

这行代码表示，p结点的next指针存储了p结点的下下一个结点的内存地址。

技巧二：警惕指针丢失和内存泄漏

单链表的插入操作

p->next = x;  // 将p的next指针指向x结点；
x->next = p->next;  // 将x的结点的next指针指向b结点；

在上面这段代码中，p->next 指针在完成第一步操作之后，已经不再指向结点b了，而是指向结点x。第二行代码相当于将x赋值给x->next，自己指向自己。因此，整个链表也就断成了两半，从结点b往后的所有结点都无法访问到了。
x->next=p->next; 而p->next=x; 所以 x->next=p->next;等价于x->next=x; 所以指针断裂，x节点之后的节点丢失了。
上面代码只要将第1行和第2行代码颠倒下就OK了。

• 插入结点时，一定要注意操作的顺序
• 删除链表结点时，也一定要记得手动释放内存空间

技巧三：利用哨兵简化实现难度

单链表的插入和删除操作

在结点p后面插入一个新的结点

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

空链表中插入第一个结点

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

删除结点p的后继结点

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

删除链表中的最后一个结点

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

针对链表的插入、删除操作，需要对插入第一个结点和删除最后一个结点的情况进行特殊处理。

哨兵，解决的是国家之间的边界问题。同理，这里说的哨兵也是解决“边界问题”的，不直接参与业务逻辑。

head=null表示一个空链表，如果引入哨兵结点，在任何时候，不管链表是不是空，head指针都会一直指向这个哨兵结点。我们把这种有哨兵结点的链表叫带头链表，没有哨兵结点的链表叫作不带头链表。

哨兵结点是不存储数据的。因为哨兵结点一直存在，所有插入第一个结点和插入其他结点，删除最后一个结点和删除其他结点，都可以统一为相同的代码实现逻辑了。
这种利用哨兵简化编程难度的技巧，在很多代码实现中都有用到，比如插入排序、归并排序、动态规划等。

哨兵实现代码

代码一

// 在数组a中，查找key，返回key所在的位置
// 其中，n表示数组a的长度
int find(char* a, int n, char key) {
  // 边界条件处理，如果a为空，或者n<=0，说明数组中没有数据，就不用while循环比较了
  if(a == null || n <= 0) {
    return -1;
  }
  
  int i = 0;
  // 这里有两个比较操作：i<n和a[i]==key.
  while (i < n) {
    if (a[i] == key) {
      return i;
    }
    ++i;
  }
  
  return -1;
}

代码二

// 在数组a中，查找key，返回key所在的位置
// 其中，n表示数组a的长度
// 我举2个例子，你可以拿例子走一下代码
// a = {4, 2, 3, 5, 9, 6}  n=6 key = 7
// a = {4, 2, 3, 5, 9, 6}  n=6 key = 6
int find(char* a, int n, char key) {
  if(a == null || n <= 0) {
    return -1;
  }
  
  // 这里因为要将a[n-1]的值替换成key，所以要特殊处理这个值
  if (a[n-1] == key) {
    return n-1;
  }
  
  // 把a[n-1]的值临时保存在变量tmp中，以便之后恢复。tmp=6。
  // 之所以这样做的目的是：希望find()代码不要改变a数组中的内容
  char tmp = a[n-1];
  // 把key的值放到a[n-1]中，此时a = {4, 2, 3, 5, 9, 7}
  a[n-1] = key;
  
  int i = 0;
  // while 循环比起代码一，少了i<n这个比较操作
  while (a[i] != key) {
    ++i;
  }
  
  // 恢复a[n-1]原来的值,此时a= {4, 2, 3, 5, 9, 6}
  a[n-1] = tmp;
  
  if (i == n-1) {
    // 如果i == n-1说明，在0...n-2之间都没有key，所以返回-1
    return -1;
  } else {
    // 否则，返回i，就是等于key值的元素的下标
    return i;
  }
}

第二段代码中，我们通过一个哨兵 a[n-1] = key，成功省掉了一个比较语句 i<n，因此，当字符串a很长的时候，比如几万、几十万次时，第二段代码运行的更快（因为两段代码中执行次数最多的是while循环那部分）。

技巧四：重点留意边界条件处理

常用的用来检查链表代码是否正确的边界条件：

• 如果链表为空时，代码是否能正常工作？
• 如果链表只包含一个结点时，代码是否能正常工作？
• 如果链表只包含两个结点时，代码是否能正常工作？
• 代码逻辑在处理头结点和尾结点的时候，是否能正常工作？

技巧五：举例画图，辅助思考

技巧六：多写多练，没有捷径

5个常见的链表操作

• 单链表反转
• 链表中环的检测
• 两个有序的链表合并
• 删除链表倒数第 n 个结点
• 求链表的中间结点

练习题LeetCode对应编号：206，141，21，19，876