数据结构与算法（四）——链表

线性表顺序存储结构不足的解决

顺序结构存储最大的缺点就是插入和删除时需要移动大量元素，需要消耗很多时间，使用链式存储结构就可以解决这个问题。

前面提到数组之所以会有这个问题，是由于其需要一块连续的内存空间。而链式存储结构即链表则是通过离散的内存块来存储数据，不需要考虑相邻位置，哪里有空位就去哪里，只要每个元素都知道它的下一个元素的位置在哪里就行了。这样链表的每个元素就可以通过一组零散的内存串联起来使用。

线性表链式存储结构定义

线性表的链式存储结构的特点是用一组任意的存储单元存储线性表的数据元素，这组存储单元可以是连续的，也可以是不连续的，这就意味着这些数据元素可以存在内存未被占用的任意位置。但是由于每个数据都要知道它的下一个元素的位置，所以链式结构中除了要存数据元素信息外，还要存储它的后继元素的存储地址。

把存储数据元素信息的域称为数据域(data)，把存储直接后继的信息（即下一个元素的位置信息）称为指针域(next)。指针域存储的信息称作指针或链。这两部分信息组成数据元素的存储映像，称为结点(Node)。

n个结点链结成一个链表，即为线性表的链式存储结构。常见的三种链表结构为：单链表、双向链表和循环链表。当链表的每个结点中只包含一个指针域，所以叫做单链表。单链表正是通过每个结点的指针域将线性表的数据元素按其逻辑次序链接在一起，如下图所示。

把链表中第一个结点的存储位置叫做头指针，那么整个链表的存取就是从头指针开始进行了，之后的每一个结点都是是一个的后继指针指向的位置；而最后一个结点，其直接后继不存在，所以规定其指针为空，通常用null或“^”表示，如下图所示。

有时，为了更方便对链表进行操作，会在单链表的第一个结点前附设一个结点，称为头结点。头结点的数据域可以不存储任何信息，也可以存储如线性表的长度等附加信息，头结点的指针域指向第一个结点的指针，如下图所示。

头指针和头结点的异同

头指针	头结点
头指针是指链表指向第一个结点的指针，若链表有头结点，则是头结点的指针	头结点是为了操作的统一和方便而设立的，放在第一元素的结点之前，其数据域一般无意义（也可以存储如线性表的长度）
头指针具有标识作用，所以常用头指针冠以链表的名字	有了头结点，对在第一元素结点前插入结点或删除第一结点，其操作与其它结点的操作就统一了
无论链表是否为空，头指针均不为空。头指针是链表的必要元素	头结点不一定是链表必须要素

单链表的数据查找、插入和删除操作

插入和删除

因为链表的存储空间本身就不是连续的，并不需要为了保持内存的连续性而搬移结点，所以，在链表中插入和删除一个数据是非常快速的。如下图所示。