链表（基础详解、实现、OJ笔试题）

大家好，我是纪宁。
这篇文章将带来完整版的链表内容的讲解。文章内容包括链表的概念、分类、单双链表的实现、链表的经典OJ题目等。每一个专题中讲解了相应问题实现思路及方法，当然，实际解决过程中肯定也会出现各种各样的小问题，记录每个问题具体实现方法和代码的文章链表在每个专题的末尾，点击即可进入。其次，文章末尾也提供了上述所有问题链接的合集，供大家前往参考学习。

什么是链表（链表概念及分类）

链表是一种物理存储结构上非连续、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。非连续的意思就是链表的每一部分可以在内存的任意一块区域存在，且这块区域的地址是随机的，所以一般用动态内存来开辟这块空间的地址。而链表的每一部分都称为一个节点，每个节点分为两部分：数据域和指针域，通过指针域即可访问其他结点的数据。

链表分类

无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。另外这种结构在笔试面试中出现很多。

单链表的每个节点分为两部分，一部分存储数据，一部分存储下一个节点的地址。前一个节点中存储着下一个节点的地址，这也是单链表能连起来的原因。
带头双向循环链表：结构最复杂，但结构最优，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。

双向链表的节点有两个指针域和一个数据域，两个指针一个指向后一个节点，另一个指向前一个节点，数据域中存储数据。默认双向链表都是有带哨兵位的头节点，哨兵位的头节点中储存着第一个有效节点的地址（phead->next）和最后一个有效节点的地址（phead->prev）。 除了上面两个最常用的链表之外，还有无头单向循环链表、带头单向循环链表、带头单向不循环链表、无头双向循环链表等等，总之可以将是否带头、是否循环、单双向这三个条件排列组合，另外还会有一些另类的复杂列表，文末会举出例子。

单链表和双链表的区别

单链表的指针域中只有一个地址，指向的是下一个结点的地址。而双链表的指针域中有两个地址：前一个结点的地址和后一个结点的地址。
单链表找尾结点比较麻烦，需要遍历；而双链表找尾结点只需要找头结点的上一个结点即可。
单链表只要一直往后遍历就会遇到空指针结束，而双向链表则可能会难以控制循环结束的条件而死循环下去。
单链表中一般默认没有哨兵位的头结点；而双链表中默认头结点，里面存的是最后一个结点和第一个有效结点的地址。

逻辑图对比

物理图对比

‍♂️单链表、双向链表的实现

将链表中的数据类型重定义为某种类型，并定义一个链表节点的结构体，其中节点的数据域是当前节点的数据，另一部分则是地址。即将链表的数据域和指针域放在一个结构体中，且链表中存储的数据最好是可变的，每生成一个链表都要单独开辟额外的空间。

单链表的实现

每开辟一个结点的空间，都要为这个结点的数据域赋值，并让它的指针域指向NULL。单链表的头插头删都要传二级指针，因为要改变头插头删都要改变头指针的指向，删除某一结点，需要先找到这个结点的上一个结点，必要时候要用另一个结点保存某个结点的地址，防止地址丢失的情况。
具体实现方式：单链表的实现

双向链表的实现

双向链表在开辟结点时，要先将结点的指针域置空，当确定结点位置时，再将结点的两个指针域指向应指向的结点。
具体实现方式：双链表的实现

链表经典OJ笔试题

反转单链表

思路是用三个指针，从前到后一次改变每个结点的指向。
题目及详解：反转单链表

移除链表元素

定义两个指针，保证从第二个结点开始，一个指针在另一个指针的后面，这样就能在不丢失数据的情况下移除链表某结点。
题目及详解：移除链表元素

合并两个有序链表

将两个链表的节点逐个比较，小的尾插到新链表的后面，每次尾插完，新链表和较小值的链表的指针都要向前走，有一个为空就停止循环，最后再将那个不为空的链表节点全部尾插到新链表。

这道题最好的思路是构建一个哨兵位来实现尾插，不构建哨兵位也可以，但需要考虑更多的边界条件。
题目及详解：合并两个有序链表

链表分割

现有一链表的头指针 ListNode* pHead，给一定值x，编写一段代码将所有小于x的结点排在其余结点之前，且不能改变原来的数据顺序，返回重新排列后的链表的头指针。
如图，给定的链表为 4-5-3-1-2-7 ，给一定值为 3，分割后的值为 1-2-4-5-3-7

此题最好的解决方法是开辟两个哨兵位的头结点，将这两两部分的数据按要求一次尾插到两个哨兵位的后面，再将较小的一部分的尾结点指向较大部分的第一个结点，将较大部分的最后一个结点置空，最后将两个哨兵位释放，返回较小部分的第一个结点的地址即可。
题目及详解：链表分割

链表的中间结点

给你单链表的头结点 head ，请你找出并返回链表的中间结点。如果有两个中间结点，则返回第二个中间结点。
此题知识点：快慢指针
控制两个指针，快指针每次向前走两步步，慢指针每次向前走一步，当快指针走到尾部的时候，慢指针则刚好走到中间结点。
题目及详解：链表的中间结点

环形链表

环形链表中用到了快慢指针和追及问题相关知识带点。

环形链表 I：判断链表中是否有环

环形链表 II：判断链表开始入环的第一个结点

环形链表I、II 题目及详解：环形链表

复制带随机指针的链表

给你一个长度为 n 的链表，每个节点包含一个额外增加的随机指针 random ，该指针可以指向链表中的任何节点或空节点。构造这个链表的 深拷贝。 深拷贝应该正好由 n 个 全新 节点组成，其中每个新节点的值都设为其对应的原节点的值。新节点的 next 指针和 random 指针也都应指向复制链表中的新节点，并使原链表和复制链表中的这些指针能够表示相同的链表状态。复制链表中的指针都不应指向原链表中的节点。

复制后的链表相关位置的索引必须和原链表一模一样。
题目思路

• 拷贝所有节点，，每个结点放在对应原节点的后面。
• 将每个 random 指向对应的位置。
• 将复制的链表解下来，尾插到一起，并将原链表恢复。

题目及详解：复制带随机指针的链表

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