标签：保留 算法分析 size 接口 定义 let 也会 导致 结束
链表是一种零散的线性数据结构。链表建立、插入、删除、查找、遍历等基本操作。链表的插入删除的时间复杂度为$O(1)$，而查找的时间复杂度为$O(n)$。
按照组织的方式，链表可以分为单链表，双链表，环形链表。
单链表的节点只包括数据域和一个指针域，其中指针域指向其后继节点，因此只能单向访问，不能够访问前置节点。双向链表则包括了两个指针域，分别指向其前驱和后继节点。循环链表则是双向链表的一种延伸，其最后一个节点的后继不是指向了nullptr而是指向了第一个节点。（nullptr是C++11标准中的空指针的保留字。）
一般说链表可以带头指针也可以不带头指针，但是带了头指针则会充分利用nullptr可以直接赋值的特性，使一些操作边界条件处理简化（比如删除节点为第一个节点）。nullptr的这些技巧在二叉树中也会有使用。
下面以双向带头链表为例来说明链表这一数据结构的基本操作：
首先需要定义链表的节点：
1 template<typename T> 2 struct node 3 { 4 T value; 5 node * next; 6 node * prev; 7 node() 8 { 9 next = prev = nullptr; 10 } 11 };
这里自行定义了一个默认的构造函数，用来把新建的节点的指针域全部设置为nullptr。这样可以在后续操作时更加简洁。
（1）链表的建立
链表的建立非常简单，只需要构造出一个表即可。我这里使用了一个带头链表，因此只需返回头节点的指针即可，因为初始化在构造函数中完成了，因此这里直接返回一个new即可。
1 template<typename T> 2 node<T> * CreateList() 3 { 4 return new node<T>; 5 }
（2）链表的插入
对于链表的插入有两种处理方法：头插法和尾插法。顾名思义，头插法将新的节点插入在已知链表的第一个节点之前；而尾插法则是要保存一个末尾指针，插入时先将末尾指针所指向的节点的后继设置为新的节点，然后更新末尾指针为新的节点。在这里假设使用new运算符新建的节点具有构造函数能把所有的指针域设为nullptr，因此没有描述哪些指针需要设置为空。如果使用C语言中的malloc()函数或者没有显式给出构造函数去初始化指针域，将未使用的指针域设置为空这一点还是需要注意的。下面给出头插法和尾插法的代码：
头插法：
1 template<typename T> 2 node<T> * InsertAtHead(node<T> * list, T value) 3 { 4 node<T> * pnode; 5 pnode = new node<T>; 6 pnode->value = value; 7 pnode->next = list->next; 8 if (list->next != nullptr) 9 list->next->prev = pnode; 10 pnode->prev = list; 11 list->next = pnode; 12 return pnode; 13 }
尾插法：
1 template<typename T> 2 node<T> * InsertAtTail(node<T> * list, T value, node<T> * tail) 3 { 4 node<T> * pnode; 5 pnode = new node; 6 pnode->next = nullptr; 7 pnode->value = value; 8 tail->next = pnode; 9 return pnode; 10 }
个人更倾向于为链表的接口单独提供一个类（C不支持类，可以提供一个结构体，用来单独保存尾插法所需的tail指针。），这样使得代码更为简洁明了。（3）链表的查找
链表本质上是一个顺序表，因此查找链表只能从头或者从尾顺序查找。和数组的顺序查找较为类似，只要一个个的遍历整个表中的元素，判断其元素是否符合要求的元素。找不到则返回空指针即可。
下面给出了双向链表的查找：
1 template<typename T> 2 node<T> * FindNode(node<T> * list, T value) 3 { 4 node<T> * p; 5 p = list->next; 6 while (p != nullptr) 7 { 8 if (p->value == value) 9 return p; 10 p = p->next; 11 } 12 return nullptr; 13 }
当然这里使用了模板的方法，要求模板的实例化后的类T具有==运算符。
至于单向链表的查找其实一样，但是如果想要利用查找的结果来进行删除操作，则务必返回前一个节点，这样查找的具体代码又会有所不同。
（4）链表节点的删除
删除节点略有麻烦，因为要涉及到前后指针域的修改。前面提及为了简化边界条件的处理，使用了带头的链表。这样只需判断该节点的后继是否为空（是不是最后一个节点）即可，如果非空则将其的前驱设置为被删除节点的前驱。如果不使用带头表，那么也需要判断一下该节点的前驱是否为空（是不是第一个节点）。当然，如果一开始构造了一个带头又带尾的表，那么两个判断都是不需要的。
代码实现如下：
1 template<typename T> 2 void DeleteNode(node<T> * lnode) 3 { 4 node<T> * pnode = lnode; 5 if (lnode->next != nullptr) 6 lnode->next->prev = lnode->prev; 7 lnode->prev->next = lnode->next; 8 delete pnode; 9 }
（5）链表的销毁
在动态数据结构中，为了避免内存泄漏，在使用结束时应当进行销毁。链表的销毁很简单，只需遍历整个表，逐个删除节点即可。删除的时候需要注意保存当前节点的后继，以免delete运算符释放掉当前节点后无法找到其下一个节点。
1 template<typename T> 2 void DestoryList(node<T> * list) 3 { 4 node<T> * tmp; 5 while (list != nullptr) 6 { 7 tmp = list; 8 list = list->next; 9 delete tmp; 10 } 11 }
切记不能使用节点的析构函数实现递归销毁整个表，这样会导致在删除单个节点时把以该节点为头的子表也全部销毁了。
链表的用途：链表作为基本的数据结构，除了其本身插入删除非常快之外，还可以实现其他的复杂数据结构和算法，比如可以用链表实现栈和队列，可以处理哈希表的冲突，还可以用邻接表来表示图，等等。
参考：算法导论（第三版），数据结构与算法分析C语言描述（影印版），机械工业出版社。
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原文地址：http://www.cnblogs.com/ggggg63/p/6612737.html
