我们说链表是一种动态数据结构是因为在创建链表时,无需知道链表的长度。当插入一个节点时,我们只需要为新结点分配内存,然后调整指针的指向来确保新节点被链接到链表当中。内存分配不是创建链表时一次性完成的,而是每添加一个节点分配一次内存,由于没有闲置的内存,链表的空间效率比较高。
如果单向链表的节点定义如下:
struct ListNode{
int m_nValue;
ListNode *m_pNext;
};
往该链表的末尾添加一个节点:
void AddToTail(ListNode **pHead, int value){
ListNode *pNew = new ListNode(); //为新结点分配内存
pNew -> m_nValue = value;
pNew -> m_pNext = nullptr;
if (*pHead == nullptr) { //如果是空链表
*pHead = pNew;
}
else {
ListNode *pNode = *pHead;
while (pNode -> m_pNext != nullptr){ //找到链表末尾
pNode = pNode -> m_pNext;
}
pNode -> m_pNext = pNew; //将链表末尾元素的指针指向新节点
}
}
以上代码中,函数的第一个参数是指向指针的指针,因为当链表为空时,新插入的节点就是头指针,此时我们会改动头指针,因此需要设置为指向指针的指针,否则出了函数头指针还是空。
如想在链表中找到第i个节点,我们只能从头结点开始,沿着指向下一个节点的指针遍历链表,时间效率为O(n)。而在数组中,我们可以根据下标在O(1)的时间内找到第i个元素。
在链表中找到第一个含有某值的节点并删除节点:
void RemoveNode(ListNode** pHead, int value) {
if (pHead == nullptr || *pHead == nullptr) {
return;
}
ListNode* toBeDelete = nullptr;
if ((*pHead)->m_nValue == value) {
toBeDelete = *pHead;
*pHead = (*pHead)->m_pNext;
}
else {
ListNode* pNode = *pHead;
while (pNode->m_pNext != nullptr && pNode->m_pNext->m_nValue != value) {
pNode = pNode->m_pNext;
}
if (pNode->m_pNext != nullptr) {
toBeDelete = pNode->m_pNext;
pNode->m_pNext = pNode->m_pNext->m_pNext;
}
}
if (toBeDelete != nullptr) {
delete toBeDelete;
toBeDelete = nullptr;
}
return;
}
面试题6:输入一个链表的头节点,从尾到头反过来打印出每个节点的值,链表节点定义如上。
很多人第一反应是从头到尾输出比较简单,于是很自然想到把链表中链接节点的指针反过来,改变链表方向,但该方法会改变链表结构,该方法能否使用取决于能否改变链表结构。
通常打印是一个只读操作,我们不希望打印时修改内容。解决问题过程肯定要遍历链表,遍历顺序是从头到尾,而输出顺序是从尾到头。也就是说,第一个遍历到的节点最后输出,这是典型的后进先出,可以使用栈实现此顺序:
#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;
struct ListNode {
int m_nValue;
ListNode* m_pNext;
};
void AddToTail(ListNode** pHead, int value) {
ListNode* pNew = new ListNode(); //为新节点创建空间
pNew -> m_nValue = value;
pNew -> m_pNext = nullptr;
if (*pHead == nullptr) { //当链表为空时
*pHead = pNew; //新节点即为头结点
}
else {
ListNode* pNode = *pHead;
while (pNode -> m_pNext != nullptr) { //遍历找到尾节点
pNode = pNode -> m_pNext;
}
pNode -> m_pNext = pNew; //尾插
}
}
void printListReversingly_iteratively(ListNode* pHead) {
stack<ListNode*> nodes;
ListNode* pNode = pHead;
while (pNode != nullptr) { //将链表从头到尾压栈
nodes.push(pNode);
pNode = pNode->m_pNext;
}
while (!nodes.empty()) { //打印栈中内容
cout << nodes.top()->m_nValue << endl; //打印栈顶值
nodes.pop(); //栈顶元素出栈
}
}
int main() {
ListNode* pHead = new ListNode();
pHead->m_nValue = 0;
pHead->m_pNext = nullptr;
AddToTail(&pHead, 1);
AddToTail(&pHead, 2);
AddToTail(&pHead, 3);
AddToTail(&pHead, 4);
AddToTail(&pHead, 5);
AddToTail(&pHead, 6);
AddToTail(&pHead, 7);
printListReversingly_iteratively(pHead);
return 0;
}
既然想到用栈来实现这个函数,而递归本质上就是一个栈结构,于是很自然又想到用递归来实现:
#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;
struct ListNode {
int m_nValue;
ListNode* m_pNext;
};
void AddToTail(ListNode** pHead, int value) {
ListNode* pNew = new ListNode();
pNew -> m_nValue = value;
pNew -> m_pNext = nullptr;
if (*pHead == nullptr) {
*pHead = pNew;
}
else {
ListNode* pNode = *pHead;
while (pNode -> m_pNext != nullptr) {
pNode = pNode -> m_pNext;
}
pNode -> m_pNext = pNew;
}
}
void printListReversingly_Recursively(ListNode* pHead) {
if (pHead != nullptr) {
printListReversingly_Recursively(pHead->m_pNext);
cout << pHead->m_nValue << endl; //此句代码要在上句代码(下一层递归)之后
}
}
int main() {
ListNode* pHead = new ListNode();
pHead->m_nValue = 0;
pHead->m_pNext = nullptr;
AddToTail(&pHead, 1);
AddToTail(&pHead, 2);
AddToTail(&pHead, 3);
AddToTail(&pHead, 4);
AddToTail(&pHead, 5);
AddToTail(&pHead, 6);
AddToTail(&pHead, 7);
printListReversingly_Recursively(pHead);
return 0;
}
以上代码很简洁,但当链表很长时,会导致函数调用的层级很深,有可能导致函数调用栈溢出。显然用栈基于循环实现的代码鲁棒性要好一些。