链表，最省内存的数据结构

链表，是数据结构比较基础的一种数据结构。它具有节省内存，需要多少就创建多少的特性。

---

1.什么是链表

链表是一种比较节省内存的数据结构，它的每个元素是一个节点node，每个node包含了存储值value和下个节点指针next，指向下一个node。在数组中，我们需要先为数据分配一定大小的空间，比如int a[10]。但实际上，我们有可能用不到那么多的空间，比如只使用了a[0]和a[1]。这样的话，后面的空间就被浪费了。在链表中，就不存在浪费空间的情况，因为链表的原则就是：用多少就创建多少。

2.创建链表

我们先来看看如何创建链表，创建元素有两种方法，分别是头插法和尾插法。头插法，每次新插入的元素都会在链表。尾插法，**每次新插入的元素都会在链表结尾。**以[90,85,100,99]四个元素为例，使用头插法存储的话，逻辑顺序会反过来，变成99,100,85,90。而尾插法则依旧是90,85,100,99。如何存储这四个元素呢？

为了操作方便，在链表的第一个结点之前附加一个结点，称为头结点。头结点的数据域可以存储数据标题、表长等信息，也可以不存储任何信息，其指针域存储第一个结点的首地址。加入头结点的目的是为了代码的简洁。

//头插法
Node head = new Node();//创建头结点
head.next = NULL; //一开始没有数据，head节点的下一节点指针指向空。
//假设输入数据[90,85,100,99]存在数组a中
for(int i=0;i

//尾插法
Node head = new Node();//创建头结点
head.next = NULL; //一开始没有数据，head节点的下一节点指针指向空。
cur_node = head; //当前遍历的指针，指向头结点
//假设输入数据[90,85,100,99]存在数组a中
for(int i=0;i

无论是头插法还是尾插法，新插入一个节点，只需要新建一个节点，修改他的value和next就可以，其时间复杂度为O(1)。

3.查找元素

怎么在链表中查找数据呢？链表的存储在内存当中是不连续的，因为只记录了头结点的位置，所以当一个链表创建完成后，无论我们要对链表做什么操作，只能够从链表的head节点开始访问链表。可以得知，每次查找链表中数据，最坏情况下需要遍历整个链表才能找到，因此链表中查找数据的时间复杂度为O(n)。其代码如下：

Node find_node(Node head,int value){
    Node cur_node = head.next;
    while(cur_node != null){
        if(cur_node.value == value)
            return cur_node;
    }
    return null;
}

4.删除元素

在链表中删除节点x，我们需要找到的是x的前一个节点，将其前一个节点的指针指向x的后一个节点。如图所示，如果要删除node3，需要找到node2，将node2指向node4。

然而，单链表中并没有存储前一个节点的指针，所以，我们只能够从头开始遍历，找到x的前一个节点。代码如下：

void delete_node(Node head,Node deleteNode){
    Node cur_node = head;
    Node next_node = head.next;
    while(next_node!=deleteNode){//找到delete_node及其前驱节点
        cur_node = cur_node.next;
        next_node = next_node.next;
    }
    cur_node.next = next_node.next; //删除next_node节点
    free(next_node);//释放next_node节点的内存
}

由于删除节点的需要先遍历链表，因此它的时间复杂度也是O(n)。然而，存在一种在O(1)时间内可以删除节点的方法。只需把删除结点i的下一个结点j的内容复制到i上，然后把i的指针指向j的next，然后再删除j结点。等价于删除了i结点。整个过程无需遍历整个链表，时间复杂度是O(1)级别。如图所示，要删除node3，先把node4的值复制到node3，再删除node4，等价于删除了node3。不过这种方法虽然速度快，但是在工程上实践一般不这样做，因为可能产生其他的bug。

5.总结

**时间复杂度：访问元素O(n)，查找元素O(n)，插入元素O(1)，删除元素O(n)(可以优化O(1))
优点：**节省内存，用多少就取多少。
**缺点：**失去了顺序存储结构随机存取的特性，访问效率低下。

---

公众号：萌凯的程序人生
一枚IT研究生，致力于分享自己的学习经历和总结！
喜欢的话请点赞关注，谢谢您！