链表基础与操作指南

链表的基本概念

链表是一种线性数据结构,由一系列节点组成,每个节点包含数据域和指针域。数据域存储元素值,指针域存储下一个节点的地址。与数组不同,链表在内存中非连续存储,通过指针实现动态连接。

链表的类型

单向链表:每个节点仅包含指向下一个节点的指针,最后一个节点指向NULL
双向链表:节点包含指向前驱和后继的指针,支持双向遍历。
循环链表:尾节点指向头节点,形成闭环(单向或双向)。

链表的操作

插入节点

  • 在头部插入:新节点的指针指向原头节点,更新头指针为新节点。
  • 在尾部插入:遍历至尾节点,将其指针指向新节点,新节点指针置为NULL
  • 在中间插入:修改前驱节点的指针指向新节点,新节点指针指向后继节点。

删除节点

  • 头部删除:将头指针指向原头节点的下一个节点,释放原头节点内存。
  • 尾部删除:遍历至倒数第二个节点,将其指针置为NULL,释放尾节点。
  • 中间删除:修改前驱节点的指针指向目标节点的后继,释放目标节点。

遍历链表
通过指针从头节点开始逐个访问,直到遇到NULL

代码实现(C语言示例)

节点定义

typedef struct Node {
    int data;
    struct Node* next;
} Node;

头部插入示例

void insertAtHead(Node** head, int value) {
    Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    newNode->data = value;
    newNode->next = *head;
    *head = newNode;
}

删除节点示例

void deleteNode(Node** head, int value) {
    Node* temp = *head;
    Node* prev = NULL;
    
    if (temp != NULL && temp->data == value) {
        *head = temp->next;
        free(temp);
        return;
    }
    
    while (temp != NULL && temp->data != value) {
        prev = temp;
        temp = temp->next;
    }
    
    if (temp == NULL) return;
    prev->next = temp->next;
    free(temp);
}

链表的优缺点

优点

  • 动态内存分配,无需预先确定大小。
  • 插入和删除效率高(O(1)或O(n))。

缺点

  • 随机访问效率低(O(n))。
  • 需要额外空间存储指针。

应用场景

  • 实现栈、队列、哈希表等数据结构。
  • 动态内存管理(如操作系统内存分配)。
  • 需要频繁插入/删除的场景(如实时系统)。
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