链表（上）

Posted 2021-01-11 hardyyao

链表是什么？

来看看维基百科给出的定义：

• 链表（Linked list）是一种常见的基础数据结构，是一种线性表，但是并不会按线性的顺序存储数据，而是在每一个节点里存储到下一个节点的指针(Pointer)。
• 由于不必须按顺序存储，链表在插入的时候可以达到O(1)的复杂度，比数组快得多，但是查找一个节点或者访问特定编号的节点则需要O(n)的时间，而顺序表相应的时间复杂度分别是O(logn)和O(1)。

链表和数组在内存中的分布，大概是这样的：

简单点来说，链表和数组一样是一种线性表的数据结构，不同之处在于，定义一个数组需要申请一块连续的存储空间来存储；而链表恰恰相反，他并不需要一块连续的内存空间，而是在每一个节点里存储到下一个节点的指针，通过“指针”将一组零散的内存块串联起来使用。

常见的链表结构有哪些？

• 单链表
• 循环链表
• 双向链表

单链表

单链表是最简单、最常用的链表结构。

每个链表的节点除了存储数据之外，还需要记录链上的下一个结点的地址。如图所示，这个记录下个结点地址的指针叫作后继指针 next。

图中其中有两个结点是比较特殊的，它们分别是第一个结点和最后一个结点。我们习惯性地把第一个结点叫作头结点，把最后一个结点叫作尾结点。其中，头结点用来记录链表的基地址。有了它，我们就可以遍历得到整条链表。而尾结点特殊的地方是：指针不是指向下一个结点，而是指向一个空地址 NULL，表示这是链表上最后一个结点。

循环链表

循环链表是一种特殊的单链表。它跟单链表唯一的区别就在尾结点，循环链表的尾结点指针是指向链表的头结点。如下图所示：

双向链表

双向链表在实际的软件开发中也很常用，其结构如下图所示：

双向链表需要额外的两个空间来存储后继结点和前驱结点的地址。所以，如果存储同样多的数据，双向链表要比单链表占用更多的内存空间。

但双向链表可以支持双向遍历，它可以支持 O(1) 时间复杂度的情况下找到前驱结点，正是这样的特点，也使双向链表在某些情况下的插入、删除等操作都要比单链表简单、高效。

双向循环链表

把循环链表和双向链表结合起来，就是双向循环链表，如下图所示：

链表和数组各种操作时间复杂度对比

数组简单易用，在实现上使用的是连续的内存空间，可以借助 CPU 的缓存机制，预读数组中的数据，所以访问效率更高。而链表在内存中并不是连续存储，所以对 CPU 缓存不友好，没办法有效预读，访问效率较低。

数组的缺点是大小固定，而且需要一块连续的内存空间。相比起来，链表则较为灵活，没有大小限制，天然支持动态扩容。

内容小结

• 链表是一种非连续性的线性表数据结构。
• 和数组相比，链表更适合插入、删除操作频繁的场景。
• 链表查询的时间复杂度较高，不适用于查询操作频繁的场景。