C++链表01：移除链表元素

1.认识链表

什么是链表，链表是一种通过指针串联在一起的线性结构，每一个节点由两部分组成，一个是数据域一个是指针域（存放指向下一个节点的指针），最后一个节点的指针域指向null（空指针的意思）。

链接的入口节点称为链表的头结点也就是head。
链表的类型有三种，如下：

单链表中的节点只能指向节点的下一个节点。

双链表：每一个节点有两个指针域，一个指向下一个节点，一个指向上一个节点。

双链表 既可以向前查询也可以向后查询。

循环链表，顾名思义，就是链表首尾相连。

循环链表可以用来解决约瑟夫环问题。

2.链表的存储方式

了解完链表的类型，再来说一说链表在内存中的存储方式。

数组是在内存中是连续分布的，但是链表在内存中不是连续分布的。

链表是通过指针域的指针链接在内存中各个节点。

所以链表中的节点在内存中不是连续分布的 ，而是散乱分布在内存中的某地址上，分配机制取决于操作系统的内存管理。

3.链表的定义（C++）

// 单链表
struct ListNode {
    int val;  // 节点上存储的元素
    ListNode *next;  // 指向下一个节点的指针
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}  // 节点的构造函数
};

在力扣上的关于链表的题目，都有定义的，但是平常习惯了力扣模板定义，真到了自己写的时候也得知道怎么写。

4.链表的操作

1.删除节点

只需将 B 节点的 next 指针指向 D 节点即可。
问：节点 C 不是还在内存中吗？
答：是的，此时节点 C 仅仅是从链表中被删除了。在 C++ 中，最好是再手动释放这个D节点，释放这块内存。

其他语言例如Java、Python，就有自己的内存回收机制，就不用自己手动释放了。

2.添加节点

可以看出链表的增添和删除都是$O(1)$操作，也不会影响到其他节点。

但是要注意，要是删除第五个节点，需要从头节点查找到第四个节点通过 next 指针进行删除操作，查找的时间复杂度是$O(n)$。

5. 适用场景

	插入/删除（时间复杂度）	查询(时间复杂度)	使用场景
数组	$O(n)$	$O(1)$	数据量固定，查询频繁，增删较少
链表	$O(1)$	$O(n)$	数据量不固定，增删频繁，查询较少

数组在定义的时候，长度就是固定的，如果想改动数组的长度，就需要重新定义一个新的数组。

链表的长度可以是不固定的，并且可以动态增删， 适合数据量不固定，频繁增删，较少查询的场景。

6.练手

力扣203.移除链表元素
题目大意：删除链表中等于给定值 val 的所有节点。
示例 1：
输入：head = [2, 6, 5, 6], val = 6
输出：[2, 5]

这里就涉及如下链表操作的两种方式：

• 直接使用原来的链表来进行删除操作。
• 设置一个虚拟头结点在进行删除操作。

如果使用C，C++编程语言的话，不要忘了还要从内存中删除这两个移除的节点。
来看第一种操作：直接使用原来的链表来进行移除。

移除头结点和移除其他节点的操作是不一样的，因为链表的其他节点都是通过前一个节点来移除当前节点，而头结点没有前一个节点。

所以头结点如何移除呢，其实只要将头结点向后移动一位就可以，这样就从链表中移除了一个头结点。

这样移除了一个头结点，但是会发现，在单链表中移除头结点 和 移除其他节点的操作方式不一样，其实在写代码的时候也会发现，需要单独写一段逻辑来处理移除头结点的情况。

那么可不可以 以一种统一的逻辑来移除 链表的节点呢。

其实可以设置一个虚拟头结点，这样原链表的所有节点就都可以按照统一的方式进行移除了。

来看看如何设置一个虚拟头。依然还是在这个链表中，移除元素 2。

这样就可以使用和移除链表其他节点的方式统一了。
最后，return 头结点的时候，别忘了 return dummyNode->next;， 这才是新的头结点。
代码一（未使用虚拟头结点方式）：

class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        // 删除头结点
        while (head != NULL && head->val == val) { // 注意这里不是if
            ListNode* tmp = head;
            head = head->next;
            delete tmp;
        }

        // 删除非头结点
        ListNode* cur = head;
        while (cur != NULL && cur->next!= NULL) {
            if (cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp;
            } else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        return head;
    }
};

代码二（使用虚拟头结点方式）：

class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0); // 设置一个虚拟头结点
        dummyHead->next = head; // 将虚拟头结点指向head，这样方面后面做删除操作
        ListNode* cur = dummyHead;
        while (cur->next != NULL) {
            if(cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp;
            } else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        // return 头结点的时候，别忘了 return dummyNode->next;，这才是新的头结点。
        head = dummyHead->next;
        delete dummyHead;
        return head;
    }
};

似此星辰非昨夜，为谁风露立中宵。
2022.3.18