csp-j知识点：链表-优快云博客

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链表：数据结构中的灵活之链

一、引言

在计算机科学的世界里，数据结构是组织和存储数据的关键方式，链表作为其中重要的一员，以其独特的存储和操作特性发挥着重要作用。它打破了数组在存储和操作上的一些限制，为数据处理提供了更灵活的解决方案。

二、链表的结构剖析

链表是一种线性数据结构，由一系列节点组成。每个节点至少包含两个关键部分：一是用于保存数据的数据域，二是指向链表中下一个节点的指针域。这种结构使得链表中的节点在内存中不必像数组那样连续存储，从而带来了许多独特的优势。

三、链表的存储特性

存储空间分配：在链式存储中，存储空间分为两部分。一部分专门用于存放节点的值，另一部分则用于存储表示节点间关系的指针。这与数组仅存储数据元素的单一存储方式形成鲜明对比，体现了链表存储的复杂性和灵活性。例如，在一个存储整数的链表中，每个节点的一部分空间存储整数数据，另一部分空间存储指向下一个节点的内存地址。
内存地址要求：当线性表采用链式存储结构时，内存中可用存储单元的地址可以是连续的，也可以是不连续的。这是链表的一大优势，它能够更有效地利用内存空间，避免了数组因内存连续性要求而可能产生的空间浪费。相比之下，数组必须占用连续的内存块，若内存中没有足够大的连续空闲空间，即使总空闲空间充足，数组也无法创建或扩展。

四、链表的基本操作

节点创建：在 C++ 中，通过定义结构体来创建节点类型。例如：

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

在 main 函数中，可以使用 new 关键字为节点分配内存空间，创建新节点。如 head = new Node; 这行代码就创建了链表的头节点。创建多个节点时，通过不断重复此操作，并合理设置节点间的指针关系，逐步构建链表。
2. 数据插入
- 表头插入：要在表头插入一个值为 i 的节点，首先创建新节点 node，将其数据域赋值为 i，然后让 node 的指针域指向当前头节点的下一个节点，最后将头节点的指针域指向新节点 node。例如：

void insertNode(Node *p, int i) {
    Node* node = new Node;
    node->data = i;
    node->next = head->next;
    head->next = node;
}

中间插入：若要在节点 p 之后插入新节点，创建新节点 node 并赋值后，使 node 的指针域指向 p 的下一个节点，再将 p 的指针域指向 node。代码如下：

void insertNode(Node *p, int i) {
    Node* node = new Node;
    node->data = i;
    node->next = p->next;
    p->next = node;
}

数据删除：当需要删除节点 p 时，由于单向链表无法直接获取 p 的前一个节点，采用将 p 下一个节点的数据复制到 p 节点，并将 p 的指针域指向 p 下一个节点的下一个节点的方法，等效实现删除操作。例如：

void deleteNode(Node *p) {
    p->data = p->next->data;
    p->next = p->next->next;
}

数据查找：查找操作通过依次访问链表中的每个节点，直到找到目标值或访问到空节点为止。在代码实现中，通常使用循环结构遍历链表，如：

while (p!= NULL) {
    if (p->data == e) {
        return 1;
    }
    p = p->next;
}
return 0;

这里 head 是链表的头节点，e 是要查找的值，函数会返回是否找到目标值的结果。

五、链表与数组的对比

内存利用与大小灵活性：数组大小固定，在创建时就需要确定其长度，且后续不能动态扩展或收缩。这要求在使用数组时必须提前预估所需的空间大小，否则可能出现空间不足或浪费的情况。而链表的大小没有固定限制，能够根据数据的增减动态拓展或缩减，内存利用率更高，在处理数据量不确定的场景下具有明显优势。
插入与删除效率：在数组中进行插入和删除操作时，通常需要移动大量后续元素，尤其是在中间位置进行操作时，时间复杂度较高。例如，在一个有序数组中插入一个元素，可能需要将插入位置之后的所有元素依次向后移动一位，以腾出空间插入新元素。而链表的插入和删除操作只需修改相关节点的指针，无需移动大量数据，效率相对较高。
查找效率：数组可以通过下标直接访问元素，时间复杂度为 O(1)，在已知索引的情况下查找速度很快。但链表需要从头节点开始逐个遍历节点，平均时间复杂度为 O(n)，查找效率相对较低。然而，在某些特定场景下，如频繁进行插入和删除操作的情况下，链表的综合性能可能更优。

六、结论

链表以其独特的节点结构和灵活的存储方式，在数据结构领域占据重要地位。它在内存管理、数据操作灵活性等方面的优势，使其在许多实际应用场景中得到广泛应用，如操作系统中的进程调度、动态内存分配，以及各种数据处理软件中的数据存储和管理等。尽管在查找效率上可能不如数组，但在处理动态数据和频繁插入删除操作时表现出色，与数组相互补充，共同为计算机数据处理提供多样化的解决方案。随着技术的不断发展，链表的应用场景还在持续拓展和深化，对于计算机科学和相关领域的发展起到了重要的推动作用。