mirror of
https://github.com/krahets/hello-algo.git
synced 2024-12-27 19:46:28 +08:00
59 KiB
Executable file
59 KiB
Executable file
| comments |
|---|
| true |
4.2 链表
内存空间是所有程序的公共资源，在一个复杂的系统运行环境下，空闲的内存空间可能散落在内存各处。我们知道，存储数组的内存空间必须是连续的，而当数组非常大时，内存可能无法提供如此大的连续空间。此时链表的灵活性优势就体现出来了。
链表（linked list）是一种线性数据结构，其中的每个元素都是一个节点对象，各个节点通过“引用”相连接。引用记录了下一个节点的内存地址，通过它可以从当前节点访问到下一个节点。
链表的设计使得各个节点可以分散存储在内存各处，它们的内存地址无须连续。
{ class="animation-figure" }
图 4-5 链表定义与存储方式
观察图 4-5 ，链表的组成单位是节点（node）对象。每个节点都包含两项数据：节点的“值”和指向下一节点的“引用”。
- 链表的首个节点被称为“头节点”，最后一个节点被称为“尾节点”。
- 尾节点指向的是“空”，它在 Java、C++ 和 Python 中分别被记为
null、nullptr和None。 - 在 C、C++、Go 和 Rust 等支持指针的语言中，上述“引用”应被替换为“指针”。
如以下代码所示，链表节点 ListNode 除了包含值，还需额外保存一个引用（指针）。因此在相同数据量下，链表比数组占用更多的内存空间。
=== "Python"
```python title=""
class ListNode:
"""链表节点类"""
def __init__(self, val: int):
self.val: int = val # 节点值
self.next: ListNode | None = None # 指向下一节点的引用
```
=== "C++"
```cpp title=""
/* 链表节点结构体 */
struct ListNode {
int val; // 节点值
ListNode *next; // 指向下一节点的指针
ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {} // 构造函数
};
```
=== "Java"
```java title=""
/* 链表节点类 */
class ListNode {
int val; // 节点值
ListNode next; // 指向下一节点的引用
ListNode(int x) { val = x; } // 构造函数
}
```
=== "C#"
```csharp title=""
/* 链表节点类 */
class ListNode(int x) { //构造函数
int val = x; // 节点值
ListNode? next; // 指向下一节点的引用
}
```
=== "Go"
```go title=""
/* 链表节点结构体 */
type ListNode struct {
Val int // 节点值
Next *ListNode // 指向下一节点的指针
}
// NewListNode 构造函数，创建一个新的链表
func NewListNode(val int) *ListNode {
return &ListNode{
Val: val,
Next: nil,
}
}
```
=== "Swift"
```swift title=""
/* 链表节点类 */
class ListNode {
var val: Int // 节点值
var next: ListNode? // 指向下一节点的引用
init(x: Int) { // 构造函数
val = x
}
}
```
=== "JS"
```javascript title=""
/* 链表节点类 */
class ListNode {
constructor(val, next) {
this.val = (val === undefined ? 0 : val); // 节点值
this.next = (next === undefined ? null : next); // 指向下一节点的引用
}
}
```
=== "TS"
```typescript title=""
/* 链表节点类 */
class ListNode {
val: number;
next: ListNode | null;
constructor(val?: number, next?: ListNode | null) {
this.val = val === undefined ? 0 : val; // 节点值
this.next = next === undefined ? null : next; // 指向下一节点的引用
}
}
```
=== "Dart"
```dart title=""
/* 链表节点类 */
class ListNode {
int val; // 节点值
ListNode? next; // 指向下一节点的引用
ListNode(this.val, [this.next]); // 构造函数
}
```
=== "Rust"
```rust title=""
use std::rc::Rc;
use std::cell::RefCell;
/* 链表节点类 */
#[derive(Debug)]
struct ListNode {
val: i32, // 节点值
next: Option<Rc<RefCell<ListNode>>>, // 指向下一节点的指针
}
```
=== "C"
```c title=""
/* 链表节点结构体 */
typedef struct ListNode {
int val; // 节点值
struct ListNode *next; // 指向下一节点的指针
} ListNode;
/* 构造函数 */
ListNode *newListNode(int val) {
ListNode *node;
node = (ListNode *) malloc(sizeof(ListNode));
node->val = val;
node->next = NULL;
return node;
}
```
=== "Kotlin"
```kotlin title=""
/* 链表节点类 */
// 构造方法
class ListNode(x: Int) {
val _val: Int = x // 节点值
val next: ListNode? = null // 指向下一个节点的引用
}
```
=== "Ruby"
```ruby title=""
# 链表节点类
class ListNode
attr_accessor :val # 节点值
attr_accessor :next # 指向下一节点的引用
def initialize(val=0, next_node=nil)
@val = val
@next = next_node
end
end
```
=== "Zig"
```zig title=""
// 链表节点类
pub fn ListNode(comptime T: type) type {
return struct {
const Self = @This();
val: T = 0, // 节点值
next: ?*Self = null, // 指向下一节点的指针
// 构造函数
pub fn init(self: *Self, x: i32) void {
self.val = x;
self.next = null;
}
};
}
```
4.2.1 链表常用操作
1. 初始化链表
建立链表分为两步，第一步是初始化各个节点对象，第二步是构建节点之间的引用关系。初始化完成后，我们就可以从链表的头节点出发，通过引用指向 next 依次访问所有节点。
=== "Python"
```python title="linked_list.py"
# 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4
# 初始化各个节点
n0 = ListNode(1)
n1 = ListNode(3)
n2 = ListNode(2)
n3 = ListNode(5)
n4 = ListNode(4)
# 构建节点之间的引用
n0.next = n1
n1.next = n2
n2.next = n3
n3.next = n4
```
=== "C++"
```cpp title="linked_list.cpp"
/* 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4 */
// 初始化各个节点
ListNode* n0 = new ListNode(1);
ListNode* n1 = new ListNode(3);
ListNode* n2 = new ListNode(2);
ListNode* n3 = new ListNode(5);
ListNode* n4 = new ListNode(4);
// 构建节点之间的引用
n0->next = n1;
n1->next = n2;
n2->next = n3;
n3->next = n4;
```
=== "Java"
```java title="linked_list.java"
/* 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4 */
// 初始化各个节点
ListNode n0 = new ListNode(1);
ListNode n1 = new ListNode(3);
ListNode n2 = new ListNode(2);
ListNode n3 = new ListNode(5);
ListNode n4 = new ListNode(4);
// 构建节点之间的引用
n0.next = n1;
n1.next = n2;
n2.next = n3;
n3.next = n4;
```
=== "C#"
```csharp title="linked_list.cs"
/* 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4 */
// 初始化各个节点
ListNode n0 = new(1);
ListNode n1 = new(3);
ListNode n2 = new(2);
ListNode n3 = new(5);
ListNode n4 = new(4);
// 构建节点之间的引用
n0.next = n1;
n1.next = n2;
n2.next = n3;
n3.next = n4;
```
=== "Go"
```go title="linked_list.go"
/* 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4 */
// 初始化各个节点
n0 := NewListNode(1)
n1 := NewListNode(3)
n2 := NewListNode(2)
n3 := NewListNode(5)
n4 := NewListNode(4)
// 构建节点之间的引用
n0.Next = n1
n1.Next = n2
n2.Next = n3
n3.Next = n4
```
=== "Swift"
```swift title="linked_list.swift"
/* 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4 */
// 初始化各个节点
let n0 = ListNode(x: 1)
let n1 = ListNode(x: 3)
let n2 = ListNode(x: 2)
let n3 = ListNode(x: 5)
let n4 = ListNode(x: 4)
// 构建节点之间的引用
n0.next = n1
n1.next = n2
n2.next = n3
n3.next = n4
```
=== "JS"
```javascript title="linked_list.js"
/* 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4 */
// 初始化各个节点
const n0 = new ListNode(1);
const n1 = new ListNode(3);
const n2 = new ListNode(2);
const n3 = new ListNode(5);
const n4 = new ListNode(4);
// 构建节点之间的引用
n0.next = n1;
n1.next = n2;
n2.next = n3;
n3.next = n4;
```
=== "TS"
```typescript title="linked_list.ts"
/* 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4 */
// 初始化各个节点
const n0 = new ListNode(1);
const n1 = new ListNode(3);
const n2 = new ListNode(2);
const n3 = new ListNode(5);
const n4 = new ListNode(4);
// 构建节点之间的引用
n0.next = n1;
n1.next = n2;
n2.next = n3;
n3.next = n4;
```
=== "Dart"
```dart title="linked_list.dart"
/* 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4 */\
// 初始化各个节点
ListNode n0 = ListNode(1);
ListNode n1 = ListNode(3);
ListNode n2 = ListNode(2);
ListNode n3 = ListNode(5);
ListNode n4 = ListNode(4);
// 构建节点之间的引用
n0.next = n1;
n1.next = n2;
n2.next = n3;
n3.next = n4;
```
=== "Rust"
```rust title="linked_list.rs"
/* 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4 */
// 初始化各个节点
let n0 = Rc::new(RefCell::new(ListNode { val: 1, next: None }));
let n1 = Rc::new(RefCell::new(ListNode { val: 3, next: None }));
let n2 = Rc::new(RefCell::new(ListNode { val: 2, next: None }));
let n3 = Rc::new(RefCell::new(ListNode { val: 5, next: None }));
let n4 = Rc::new(RefCell::new(ListNode { val: 4, next: None }));
// 构建节点之间的引用
n0.borrow_mut().next = Some(n1.clone());
n1.borrow_mut().next = Some(n2.clone());
n2.borrow_mut().next = Some(n3.clone());
n3.borrow_mut().next = Some(n4.clone());
```
=== "C"
```c title="linked_list.c"
/* 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4 */
// 初始化各个节点
ListNode* n0 = newListNode(1);
ListNode* n1 = newListNode(3);
ListNode* n2 = newListNode(2);
ListNode* n3 = newListNode(5);
ListNode* n4 = newListNode(4);
// 构建节点之间的引用
n0->next = n1;
n1->next = n2;
n2->next = n3;
n3->next = n4;
```
=== "Kotlin"
```kotlin title="linked_list.kt"
/* 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4 */
// 初始化各个节点
val n0 = ListNode(1)
val n1 = ListNode(3)
val n2 = ListNode(2)
val n3 = ListNode(5)
val n4 = ListNode(4)
// 构建节点之间的引用
n0.next = n1;
n1.next = n2;
n2.next = n3;
n3.next = n4;
```
=== "Ruby"
```ruby title="linked_list.rb"
# 初始化链表 1 -> 3 -> 2 -> 5 -> 4
# 初始化各个节点
n0 = ListNode.new(1)
n1 = ListNode.new(3)
n2 = ListNode.new(2)
n3 = ListNode.new(5)
n4 = ListNode.new(4)
# 构建节点之间的引用
n0.next = n1
n1.next = n2
n2.next = n3
n3.next = n4
```
=== "Zig"
```zig title="linked_list.zig"
// 初始化链表
// 初始化各个节点
var n0 = inc.ListNode(i32){.val = 1};
var n1 = inc.ListNode(i32){.val = 3};
var n2 = inc.ListNode(i32){.val = 2};
var n3 = inc.ListNode(i32){.val = 5};
var n4 = inc.ListNode(i32){.val = 4};
// 构建节点之间的引用
n0.next = &n1;
n1.next = &n2;
n2.next = &n3;
n3.next = &n4;
```
??? pythontutor "可视化运行"
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E9%93%BE%E8%A1%A8%201%20-%3E%203%20-%3E%202%20-%3E%205%20-%3E%204%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E5%90%84%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20n0%20%3D%20ListNode%281%29%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20ListNode%283%29%0A%20%20%20%20n2%20%3D%20ListNode%282%29%0A%20%20%20%20n3%20%3D%20ListNode%285%29%0A%20%20%20%20n4%20%3D%20ListNode%284%29%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9E%84%E5%BB%BA%E8%8A%82%E7%82%B9%E4%B9%8B%E9%97%B4%E7%9A%84%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20n1%0A%20%20%20%20n1.next%20%3D%20n2%0A%20%20%20%20n2.next%20%3D%20n3%0A%20%20%20%20n3.next%20%3D%20n4&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=3&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E9%93%BE%E8%A1%A8%201%20-%3E%203%20-%3E%202%20-%3E%205%20-%3E%204%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E5%90%84%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20n0%20%3D%20ListNode%281%29%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20ListNode%283%29%0A%20%20%20%20n2%20%3D%20ListNode%282%29%0A%20%20%20%20n3%20%3D%20ListNode%285%29%0A%20%20%20%20n4%20%3D%20ListNode%284%29%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9E%84%E5%BB%BA%E8%8A%82%E7%82%B9%E4%B9%8B%E9%97%B4%E7%9A%84%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20n1%0A%20%20%20%20n1.next%20%3D%20n2%0A%20%20%20%20n2.next%20%3D%20n3%0A%20%20%20%20n3.next%20%3D%20n4&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=3&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>
数组整体是一个变量，比如数组 nums 包含元素 nums[0] 和 nums[1] 等，而链表是由多个独立的节点对象组成的。我们通常将头节点当作链表的代称，比如以上代码中的链表可记作链表 n0 。
2. 插入节点
在链表中插入节点非常容易。如图 4-6 所示，假设我们想在相邻的两个节点 n0 和 n1 之间插入一个新节点 P ，则只需改变两个节点引用（指针）即可，时间复杂度为 O(1) 。
相比之下，在数组中插入元素的时间复杂度为 O(n) ，在大数据量下的效率较低。
{ class="animation-figure" }
图 4-6 链表插入节点示例
=== "Python"
```python title="linked_list.py"
def insert(n0: ListNode, P: ListNode):
"""在链表的节点 n0 之后插入节点 P"""
n1 = n0.next
P.next = n1
n0.next = P
```
=== "C++"
```cpp title="linked_list.cpp"
/* 在链表的节点 n0 之后插入节点 P */
void insert(ListNode *n0, ListNode *P) {
ListNode *n1 = n0->next;
P->next = n1;
n0->next = P;
}
```
=== "Java"
```java title="linked_list.java"
/* 在链表的节点 n0 之后插入节点 P */
void insert(ListNode n0, ListNode P) {
ListNode n1 = n0.next;
P.next = n1;
n0.next = P;
}
```
=== "C#"
```csharp title="linked_list.cs"
/* 在链表的节点 n0 之后插入节点 P */
void Insert(ListNode n0, ListNode P) {
ListNode? n1 = n0.next;
P.next = n1;
n0.next = P;
}
```
=== "Go"
```go title="linked_list.go"
/* 在链表的节点 n0 之后插入节点 P */
func insertNode(n0 *ListNode, P *ListNode) {
n1 := n0.Next
P.Next = n1
n0.Next = P
}
```
=== "Swift"
```swift title="linked_list.swift"
/* 在链表的节点 n0 之后插入节点 P */
func insert(n0: ListNode, P: ListNode) {
let n1 = n0.next
P.next = n1
n0.next = P
}
```
=== "JS"
```javascript title="linked_list.js"
/* 在链表的节点 n0 之后插入节点 P */
function insert(n0, P) {
const n1 = n0.next;
P.next = n1;
n0.next = P;
}
```
=== "TS"
```typescript title="linked_list.ts"
/* 在链表的节点 n0 之后插入节点 P */
function insert(n0: ListNode, P: ListNode): void {
const n1 = n0.next;
P.next = n1;
n0.next = P;
}
```
=== "Dart"
```dart title="linked_list.dart"
/* 在链表的节点 n0 之后插入节点 P */
void insert(ListNode n0, ListNode P) {
ListNode? n1 = n0.next;
P.next = n1;
n0.next = P;
}
```
=== "Rust"
```rust title="linked_list.rs"
/* 在链表的节点 n0 之后插入节点 P */
#[allow(non_snake_case)]
pub fn insert<T>(n0: &Rc<RefCell<ListNode<T>>>, P: Rc<RefCell<ListNode<T>>>) {
let n1 = n0.borrow_mut().next.take();
P.borrow_mut().next = n1;
n0.borrow_mut().next = Some(P);
}
```
=== "C"
```c title="linked_list.c"
/* 在链表的节点 n0 之后插入节点 P */
void insert(ListNode *n0, ListNode *P) {
ListNode *n1 = n0->next;
P->next = n1;
n0->next = P;
}
```
=== "Kotlin"
```kotlin title="linked_list.kt"
/* 在链表的节点 n0 之后插入节点p */
fun insert(n0: ListNode?, p: ListNode?) {
val n1 = n0?.next
p?.next = n1
n0?.next = p
}
```
=== "Ruby"
```ruby title="linked_list.rb"
### 在链表的节点 n0 之后插入节点 _p ###
# Ruby 的 `p` 是一个内置函数， `P` 是一个常量，所以可以使用 `_p` 代替
def insert(n0, _p)
n1 = n0.next
_p.next = n1
n0.next = _p
end
```
=== "Zig"
```zig title="linked_list.zig"
// 在链表的节点 n0 之后插入节点 P
fn insert(n0: ?*inc.ListNode(i32), P: ?*inc.ListNode(i32)) void {
var n1 = n0.?.next;
P.?.next = n1;
n0.?.next = P;
}
```
??? pythontutor "可视化运行"
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0Adef%20insert%28n0%3A%20ListNode,%20P%3A%20ListNode%29%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9C%A8%E9%93%BE%E8%A1%A8%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9%20n0%20%E4%B9%8B%E5%90%8E%E6%8F%92%E5%85%A5%E8%8A%82%E7%82%B9%20P%22%22%22%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20n0.next%0A%20%20%20%20P.next%20%3D%20n1%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20P%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E9%93%BE%E8%A1%A8%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E5%90%84%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20n0%20%3D%20ListNode%281%29%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20ListNode%283%29%0A%20%20%20%20n2%20%3D%20ListNode%282%29%0A%20%20%20%20n3%20%3D%20ListNode%285%29%0A%20%20%20%20n4%20%3D%20ListNode%284%29%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9E%84%E5%BB%BA%E8%8A%82%E7%82%B9%E4%B9%8B%E9%97%B4%E7%9A%84%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20n1%0A%20%20%20%20n1.next%20%3D%20n2%0A%20%20%20%20n2.next%20%3D%20n3%0A%20%20%20%20n3.next%20%3D%20n4%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E6%8F%92%E5%85%A5%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20p%20%3D%20ListNode%280%29%0A%20%20%20%20insert%28n0,%20p%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=39&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0Adef%20insert%28n0%3A%20ListNode,%20P%3A%20ListNode%29%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9C%A8%E9%93%BE%E8%A1%A8%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9%20n0%20%E4%B9%8B%E5%90%8E%E6%8F%92%E5%85%A5%E8%8A%82%E7%82%B9%20P%22%22%22%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20n0.next%0A%20%20%20%20P.next%20%3D%20n1%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20P%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E9%93%BE%E8%A1%A8%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E5%90%84%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20n0%20%3D%20ListNode%281%29%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20ListNode%283%29%0A%20%20%20%20n2%20%3D%20ListNode%282%29%0A%20%20%20%20n3%20%3D%20ListNode%285%29%0A%20%20%20%20n4%20%3D%20ListNode%284%29%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9E%84%E5%BB%BA%E8%8A%82%E7%82%B9%E4%B9%8B%E9%97%B4%E7%9A%84%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20n1%0A%20%20%20%20n1.next%20%3D%20n2%0A%20%20%20%20n2.next%20%3D%20n3%0A%20%20%20%20n3.next%20%3D%20n4%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E6%8F%92%E5%85%A5%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20p%20%3D%20ListNode%280%29%0A%20%20%20%20insert%28n0,%20p%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=39&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>
3. 删除节点
如图 4-7 所示，在链表中删除节点也非常方便，只需改变一个节点的引用（指针）即可。
请注意，尽管在删除操作完成后节点 P 仍然指向 n1 ，但实际上遍历此链表已经无法访问到 P ，这意味着 P 已经不再属于该链表了。
{ class="animation-figure" }
图 4-7 链表删除节点
=== "Python"
```python title="linked_list.py"
def remove(n0: ListNode):
"""删除链表的节点 n0 之后的首个节点"""
if not n0.next:
return
# n0 -> P -> n1
P = n0.next
n1 = P.next
n0.next = n1
```
=== "C++"
```cpp title="linked_list.cpp"
/* 删除链表的节点 n0 之后的首个节点 */
void remove(ListNode *n0) {
if (n0->next == nullptr)
return;
// n0 -> P -> n1
ListNode *P = n0->next;
ListNode *n1 = P->next;
n0->next = n1;
// 释放内存
delete P;
}
```
=== "Java"
```java title="linked_list.java"
/* 删除链表的节点 n0 之后的首个节点 */
void remove(ListNode n0) {
if (n0.next == null)
return;
// n0 -> P -> n1
ListNode P = n0.next;
ListNode n1 = P.next;
n0.next = n1;
}
```
=== "C#"
```csharp title="linked_list.cs"
/* 删除链表的节点 n0 之后的首个节点 */
void Remove(ListNode n0) {
if (n0.next == null)
return;
// n0 -> P -> n1
ListNode P = n0.next;
ListNode? n1 = P.next;
n0.next = n1;
}
```
=== "Go"
```go title="linked_list.go"
/* 删除链表的节点 n0 之后的首个节点 */
func removeItem(n0 *ListNode) {
if n0.Next == nil {
return
}
// n0 -> P -> n1
P := n0.Next
n1 := P.Next
n0.Next = n1
}
```
=== "Swift"
```swift title="linked_list.swift"
/* 删除链表的节点 n0 之后的首个节点 */
func remove(n0: ListNode) {
if n0.next == nil {
return
}
// n0 -> P -> n1
let P = n0.next
let n1 = P?.next
n0.next = n1
}
```
=== "JS"
```javascript title="linked_list.js"
/* 删除链表的节点 n0 之后的首个节点 */
function remove(n0) {
if (!n0.next) return;
// n0 -> P -> n1
const P = n0.next;
const n1 = P.next;
n0.next = n1;
}
```
=== "TS"
```typescript title="linked_list.ts"
/* 删除链表的节点 n0 之后的首个节点 */
function remove(n0: ListNode): void {
if (!n0.next) {
return;
}
// n0 -> P -> n1
const P = n0.next;
const n1 = P.next;
n0.next = n1;
}
```
=== "Dart"
```dart title="linked_list.dart"
/* 删除链表的节点 n0 之后的首个节点 */
void remove(ListNode n0) {
if (n0.next == null) return;
// n0 -> P -> n1
ListNode P = n0.next!;
ListNode? n1 = P.next;
n0.next = n1;
}
```
=== "Rust"
```rust title="linked_list.rs"
/* 删除链表的节点 n0 之后的首个节点 */
#[allow(non_snake_case)]
pub fn remove<T>(n0: &Rc<RefCell<ListNode<T>>>) {
if n0.borrow().next.is_none() {
return;
};
// n0 -> P -> n1
let P = n0.borrow_mut().next.take();
if let Some(node) = P {
let n1 = node.borrow_mut().next.take();
n0.borrow_mut().next = n1;
}
}
```
=== "C"
```c title="linked_list.c"
/* 删除链表的节点 n0 之后的首个节点 */
// 注意：stdio.h 占用了 remove 关键词
void removeItem(ListNode *n0) {
if (!n0->next)
return;
// n0 -> P -> n1
ListNode *P = n0->next;
ListNode *n1 = P->next;
n0->next = n1;
// 释放内存
free(P);
}
```
=== "Kotlin"
```kotlin title="linked_list.kt"
/* 删除链表的节点 n0 之后的首个节点 */
fun remove(n0: ListNode?) {
val p = n0?.next
val n1 = p?.next
n0?.next = n1
}
```
=== "Ruby"
```ruby title="linked_list.rb"
### 删除链表的节点 n0 之后的首个节点 ###
def remove(n0)
return if n0.next.nil?
# n0 -> remove_node -> n1
remove_node = n0.next
n1 = remove_node.next
n0.next = n1
end
```
=== "Zig"
```zig title="linked_list.zig"
// 删除链表的节点 n0 之后的首个节点
fn remove(n0: ?*inc.ListNode(i32)) void {
if (n0.?.next == null) return;
// n0 -> P -> n1
var P = n0.?.next;
var n1 = P.?.next;
n0.?.next = n1;
}
```
??? pythontutor "可视化运行"
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0Adef%20remove%28n0%3A%20ListNode%29%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%88%A0%E9%99%A4%E9%93%BE%E8%A1%A8%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9%20n0%20%E4%B9%8B%E5%90%8E%E7%9A%84%E9%A6%96%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%22%22%22%0A%20%20%20%20if%20not%20n0.next%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%0A%20%20%20%20%23%20n0%20-%3E%20P%20-%3E%20n1%0A%20%20%20%20P%20%3D%20n0.next%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20P.next%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20n1%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E9%93%BE%E8%A1%A8%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E5%90%84%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20n0%20%3D%20ListNode%281%29%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20ListNode%283%29%0A%20%20%20%20n2%20%3D%20ListNode%282%29%0A%20%20%20%20n3%20%3D%20ListNode%285%29%0A%20%20%20%20n4%20%3D%20ListNode%284%29%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9E%84%E5%BB%BA%E8%8A%82%E7%82%B9%E4%B9%8B%E9%97%B4%E7%9A%84%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20n1%0A%20%20%20%20n1.next%20%3D%20n2%0A%20%20%20%20n2.next%20%3D%20n3%0A%20%20%20%20n3.next%20%3D%20n4%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A0%E9%99%A4%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20remove%28n0%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=34&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0Adef%20remove%28n0%3A%20ListNode%29%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%88%A0%E9%99%A4%E9%93%BE%E8%A1%A8%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9%20n0%20%E4%B9%8B%E5%90%8E%E7%9A%84%E9%A6%96%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%22%22%22%0A%20%20%20%20if%20not%20n0.next%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%0A%20%20%20%20%23%20n0%20-%3E%20P%20-%3E%20n1%0A%20%20%20%20P%20%3D%20n0.next%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20P.next%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20n1%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E9%93%BE%E8%A1%A8%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E5%90%84%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20n0%20%3D%20ListNode%281%29%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20ListNode%283%29%0A%20%20%20%20n2%20%3D%20ListNode%282%29%0A%20%20%20%20n3%20%3D%20ListNode%285%29%0A%20%20%20%20n4%20%3D%20ListNode%284%29%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9E%84%E5%BB%BA%E8%8A%82%E7%82%B9%E4%B9%8B%E9%97%B4%E7%9A%84%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20n1%0A%20%20%20%20n1.next%20%3D%20n2%0A%20%20%20%20n2.next%20%3D%20n3%0A%20%20%20%20n3.next%20%3D%20n4%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A0%E9%99%A4%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20remove%28n0%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=34&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>
4. 访问节点
在链表中访问节点的效率较低。如上一节所述，我们可以在 O(1) 时间下访问数组中的任意元素。链表则不然，程序需要从头节点出发，逐个向后遍历，直至找到目标节点。也就是说，访问链表的第 i 个节点需要循环 i - 1 轮，时间复杂度为 O(n) 。
=== "Python"
```python title="linked_list.py"
def access(head: ListNode, index: int) -> ListNode | None:
"""访问链表中索引为 index 的节点"""
for _ in range(index):
if not head:
return None
head = head.next
return head
```
=== "C++"
```cpp title="linked_list.cpp"
/* 访问链表中索引为 index 的节点 */
ListNode *access(ListNode *head, int index) {
for (int i = 0; i < index; i++) {
if (head == nullptr)
return nullptr;
head = head->next;
}
return head;
}
```
=== "Java"
```java title="linked_list.java"
/* 访问链表中索引为 index 的节点 */
ListNode access(ListNode head, int index) {
for (int i = 0; i < index; i++) {
if (head == null)
return null;
head = head.next;
}
return head;
}
```
=== "C#"
```csharp title="linked_list.cs"
/* 访问链表中索引为 index 的节点 */
ListNode? Access(ListNode? head, int index) {
for (int i = 0; i < index; i++) {
if (head == null)
return null;
head = head.next;
}
return head;
}
```
=== "Go"
```go title="linked_list.go"
/* 访问链表中索引为 index 的节点 */
func access(head *ListNode, index int) *ListNode {
for i := 0; i < index; i++ {
if head == nil {
return nil
}
head = head.Next
}
return head
}
```
=== "Swift"
```swift title="linked_list.swift"
/* 访问链表中索引为 index 的节点 */
func access(head: ListNode, index: Int) -> ListNode? {
var head: ListNode? = head
for _ in 0 ..< index {
if head == nil {
return nil
}
head = head?.next
}
return head
}
```
=== "JS"
```javascript title="linked_list.js"
/* 访问链表中索引为 index 的节点 */
function access(head, index) {
for (let i = 0; i < index; i++) {
if (!head) {
return null;
}
head = head.next;
}
return head;
}
```
=== "TS"
```typescript title="linked_list.ts"
/* 访问链表中索引为 index 的节点 */
function access(head: ListNode | null, index: number): ListNode | null {
for (let i = 0; i < index; i++) {
if (!head) {
return null;
}
head = head.next;
}
return head;
}
```
=== "Dart"
```dart title="linked_list.dart"
/* 访问链表中索引为 index 的节点 */
ListNode? access(ListNode? head, int index) {
for (var i = 0; i < index; i++) {
if (head == null) return null;
head = head.next;
}
return head;
}
```
=== "Rust"
```rust title="linked_list.rs"
/* 访问链表中索引为 index 的节点 */
pub fn access<T>(head: Rc<RefCell<ListNode<T>>>, index: i32) -> Rc<RefCell<ListNode<T>>> {
if index <= 0 {
return head;
};
if let Some(node) = &head.borrow().next {
return access(node.clone(), index - 1);
}
return head;
}
```
=== "C"
```c title="linked_list.c"
/* 访问链表中索引为 index 的节点 */
ListNode *access(ListNode *head, int index) {
for (int i = 0; i < index; i++) {
if (head == NULL)
return NULL;
head = head->next;
}
return head;
}
```
=== "Kotlin"
```kotlin title="linked_list.kt"
/* 访问链表中索引为 index 的节点 */
fun access(head: ListNode?, index: Int): ListNode? {
var h = head
for (i in 0..<index) {
h = h?.next
}
return h
}
```
=== "Ruby"
```ruby title="linked_list.rb"
### 访问链表中索引为 index 的节点 ###
def access(head, index)
for i in 0...index
return nil if head.nil?
head = head.next
end
head
end
```
=== "Zig"
```zig title="linked_list.zig"
// 访问链表中索引为 index 的节点
fn access(node: ?*inc.ListNode(i32), index: i32) ?*inc.ListNode(i32) {
var head = node;
var i: i32 = 0;
while (i < index) : (i += 1) {
head = head.?.next;
if (head == null) return null;
}
return head;
}
```
??? pythontutor "可视化运行"
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0Adef%20access%28head%3A%20ListNode,%20index%3A%20int%29%20-%3E%20ListNode%20%7C%20None%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E8%AE%BF%E9%97%AE%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%B4%A2%E5%BC%95%E4%B8%BA%20index%20%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9%22%22%22%0A%20%20%20%20for%20_%20in%20range%28index%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20not%20head%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20None%0A%20%20%20%20%20%20%20%20head%20%3D%20head.next%0A%20%20%20%20return%20head%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E9%93%BE%E8%A1%A8%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E5%90%84%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20n0%20%3D%20ListNode%281%29%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20ListNode%283%29%0A%20%20%20%20n2%20%3D%20ListNode%282%29%0A%20%20%20%20n3%20%3D%20ListNode%285%29%0A%20%20%20%20n4%20%3D%20ListNode%284%29%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9E%84%E5%BB%BA%E8%8A%82%E7%82%B9%E4%B9%8B%E9%97%B4%E7%9A%84%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20n1%0A%20%20%20%20n1.next%20%3D%20n2%0A%20%20%20%20n2.next%20%3D%20n3%0A%20%20%20%20n3.next%20%3D%20n4%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%AE%BF%E9%97%AE%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20node%20%3D%20access%28n0,%203%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%B4%A2%E5%BC%95%203%20%E5%A4%84%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%9A%84%E5%80%BC%20%3D%20%7B%7D%22.format%28node.val%29%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=34&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0Adef%20access%28head%3A%20ListNode,%20index%3A%20int%29%20-%3E%20ListNode%20%7C%20None%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E8%AE%BF%E9%97%AE%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%B4%A2%E5%BC%95%E4%B8%BA%20index%20%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9%22%22%22%0A%20%20%20%20for%20_%20in%20range%28index%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20not%20head%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20None%0A%20%20%20%20%20%20%20%20head%20%3D%20head.next%0A%20%20%20%20return%20head%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E9%93%BE%E8%A1%A8%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E5%90%84%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20n0%20%3D%20ListNode%281%29%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20ListNode%283%29%0A%20%20%20%20n2%20%3D%20ListNode%282%29%0A%20%20%20%20n3%20%3D%20ListNode%285%29%0A%20%20%20%20n4%20%3D%20ListNode%284%29%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9E%84%E5%BB%BA%E8%8A%82%E7%82%B9%E4%B9%8B%E9%97%B4%E7%9A%84%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20n1%0A%20%20%20%20n1.next%20%3D%20n2%0A%20%20%20%20n2.next%20%3D%20n3%0A%20%20%20%20n3.next%20%3D%20n4%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%AE%BF%E9%97%AE%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20node%20%3D%20access%28n0,%203%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%B4%A2%E5%BC%95%203%20%E5%A4%84%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%9A%84%E5%80%BC%20%3D%20%7B%7D%22.format%28node.val%29%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=34&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>
5. 查找节点
遍历链表，查找其中值为 target 的节点，输出该节点在链表中的索引。此过程也属于线性查找。代码如下所示：
=== "Python"
```python title="linked_list.py"
def find(head: ListNode, target: int) -> int:
"""在链表中查找值为 target 的首个节点"""
index = 0
while head:
if head.val == target:
return index
head = head.next
index += 1
return -1
```
=== "C++"
```cpp title="linked_list.cpp"
/* 在链表中查找值为 target 的首个节点 */
int find(ListNode *head, int target) {
int index = 0;
while (head != nullptr) {
if (head->val == target)
return index;
head = head->next;
index++;
}
return -1;
}
```
=== "Java"
```java title="linked_list.java"
/* 在链表中查找值为 target 的首个节点 */
int find(ListNode head, int target) {
int index = 0;
while (head != null) {
if (head.val == target)
return index;
head = head.next;
index++;
}
return -1;
}
```
=== "C#"
```csharp title="linked_list.cs"
/* 在链表中查找值为 target 的首个节点 */
int Find(ListNode? head, int target) {
int index = 0;
while (head != null) {
if (head.val == target)
return index;
head = head.next;
index++;
}
return -1;
}
```
=== "Go"
```go title="linked_list.go"
/* 在链表中查找值为 target 的首个节点 */
func findNode(head *ListNode, target int) int {
index := 0
for head != nil {
if head.Val == target {
return index
}
head = head.Next
index++
}
return -1
}
```
=== "Swift"
```swift title="linked_list.swift"
/* 在链表中查找值为 target 的首个节点 */
func find(head: ListNode, target: Int) -> Int {
var head: ListNode? = head
var index = 0
while head != nil {
if head?.val == target {
return index
}
head = head?.next
index += 1
}
return -1
}
```
=== "JS"
```javascript title="linked_list.js"
/* 在链表中查找值为 target 的首个节点 */
function find(head, target) {
let index = 0;
while (head !== null) {
if (head.val === target) {
return index;
}
head = head.next;
index += 1;
}
return -1;
}
```
=== "TS"
```typescript title="linked_list.ts"
/* 在链表中查找值为 target 的首个节点 */
function find(head: ListNode | null, target: number): number {
let index = 0;
while (head !== null) {
if (head.val === target) {
return index;
}
head = head.next;
index += 1;
}
return -1;
}
```
=== "Dart"
```dart title="linked_list.dart"
/* 在链表中查找值为 target 的首个节点 */
int find(ListNode? head, int target) {
int index = 0;
while (head != null) {
if (head.val == target) {
return index;
}
head = head.next;
index++;
}
return -1;
}
```
=== "Rust"
```rust title="linked_list.rs"
/* 在链表中查找值为 target 的首个节点 */
pub fn find<T: PartialEq>(head: Rc<RefCell<ListNode<T>>>, target: T, index: i32) -> i32 {
if head.borrow().val == target {
return index;
};
if let Some(node) = &head.borrow_mut().next {
return find(node.clone(), target, index + 1);
}
return -1;
}
```
=== "C"
```c title="linked_list.c"
/* 在链表中查找值为 target 的首个节点 */
int find(ListNode *head, int target) {
int index = 0;
while (head) {
if (head->val == target)
return index;
head = head->next;
index++;
}
return -1;
}
```
=== "Kotlin"
```kotlin title="linked_list.kt"
/* 在链表中查找值为 target 的首个节点 */
fun find(head: ListNode?, target: Int): Int {
var index = 0
var h = head
while (h != null) {
if (h.value == target) return index
h = h.next
index++
}
return -1
}
```
=== "Ruby"
```ruby title="linked_list.rb"
### 在链表中查找值为 target 的首个节点 ###
def find(head, target)
index = 0
while head
return index if head.val == target
head = head.next
index += 1
end
-1
end
```
=== "Zig"
```zig title="linked_list.zig"
// 在链表中查找值为 target 的首个节点
fn find(node: ?*inc.ListNode(i32), target: i32) i32 {
var head = node;
var index: i32 = 0;
while (head != null) {
if (head.?.val == target) return index;
head = head.?.next;
index += 1;
}
return -1;
}
```
??? pythontutor "可视化运行"
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0Adef%20find%28head%3A%20ListNode,%20target%3A%20int%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9C%A8%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E6%9F%A5%E6%89%BE%E5%80%BC%E4%B8%BA%20target%20%E7%9A%84%E9%A6%96%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%22%22%22%0A%20%20%20%20index%20%3D%200%0A%20%20%20%20while%20head%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20head.val%20%3D%3D%20target%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20index%0A%20%20%20%20%20%20%20%20head%20%3D%20head.next%0A%20%20%20%20%20%20%20%20index%20%2B%3D%201%0A%20%20%20%20return%20-1%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E9%93%BE%E8%A1%A8%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E5%90%84%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20n0%20%3D%20ListNode%281%29%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20ListNode%283%29%0A%20%20%20%20n2%20%3D%20ListNode%282%29%0A%20%20%20%20n3%20%3D%20ListNode%285%29%0A%20%20%20%20n4%20%3D%20ListNode%284%29%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9E%84%E5%BB%BA%E8%8A%82%E7%82%B9%E4%B9%8B%E9%97%B4%E7%9A%84%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20n1%0A%20%20%20%20n1.next%20%3D%20n2%0A%20%20%20%20n2.next%20%3D%20n3%0A%20%20%20%20n3.next%20%3D%20n4%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9F%A5%E6%89%BE%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20index%20%3D%20find%28n0,%202%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E5%80%BC%E4%B8%BA%202%20%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%9A%84%E7%B4%A2%E5%BC%95%20%3D%20%7B%7D%22.format%28index%29%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=34&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%B1%BB%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self,%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%90%8E%E7%BB%A7%E8%8A%82%E7%82%B9%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0Adef%20find%28head%3A%20ListNode,%20target%3A%20int%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9C%A8%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E6%9F%A5%E6%89%BE%E5%80%BC%E4%B8%BA%20target%20%E7%9A%84%E9%A6%96%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%22%22%22%0A%20%20%20%20index%20%3D%200%0A%20%20%20%20while%20head%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20head.val%20%3D%3D%20target%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20index%0A%20%20%20%20%20%20%20%20head%20%3D%20head.next%0A%20%20%20%20%20%20%20%20index%20%2B%3D%201%0A%20%20%20%20return%20-1%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E9%93%BE%E8%A1%A8%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E5%90%84%E4%B8%AA%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20n0%20%3D%20ListNode%281%29%0A%20%20%20%20n1%20%3D%20ListNode%283%29%0A%20%20%20%20n2%20%3D%20ListNode%282%29%0A%20%20%20%20n3%20%3D%20ListNode%285%29%0A%20%20%20%20n4%20%3D%20ListNode%284%29%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9E%84%E5%BB%BA%E8%8A%82%E7%82%B9%E4%B9%8B%E9%97%B4%E7%9A%84%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%20%20%20%20n0.next%20%3D%20n1%0A%20%20%20%20n1.next%20%3D%20n2%0A%20%20%20%20n2.next%20%3D%20n3%0A%20%20%20%20n3.next%20%3D%20n4%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9F%A5%E6%89%BE%E8%8A%82%E7%82%B9%0A%20%20%20%20index%20%3D%20find%28n0,%202%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E5%80%BC%E4%B8%BA%202%20%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B9%E7%9A%84%E7%B4%A2%E5%BC%95%20%3D%20%7B%7D%22.format%28index%29%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=34&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>
4.2.2 数组 vs. 链表
表 4-1 总结了数组和链表的各项特点并对比了操作效率。由于它们采用两种相反的存储策略，因此各种性质和操作效率也呈现对立的特点。
表 4-1 数组与链表的效率对比
| 数组 | 链表 | |
|---|---|---|
| 存储方式 | 连续内存空间 | 分散内存空间 |
| 容量扩展 | 长度不可变 | 可灵活扩展 |
| 内存效率 | 元素占用内存少、但可能浪费空间 | 元素占用内存多 |
| 访问元素 | O(1) |
O(n) |
| 添加元素 | O(n) |
O(1) |
| 删除元素 | O(n) |
O(1) |
4.2.3 常见链表类型
如图 4-8 所示，常见的链表类型包括三种。
- 单向链表：即前面介绍的普通链表。单向链表的节点包含值和指向下一节点的引用两项数据。我们将首个节点称为头节点，将最后一个节点称为尾节点，尾节点指向空
None。 - 环形链表：如果我们令单向链表的尾节点指向头节点（首尾相接），则得到一个环形链表。在环形链表中，任意节点都可以视作头节点。
- 双向链表：与单向链表相比，双向链表记录了两个方向的引用。双向链表的节点定义同时包含指向后继节点（下一个节点）和前驱节点（上一个节点）的引用（指针）。相较于单向链表，双向链表更具灵活性，可以朝两个方向遍历链表，但相应地也需要占用更多的内存空间。
=== "Python"
```python title=""
class ListNode:
"""双向链表节点类"""
def __init__(self, val: int):
self.val: int = val # 节点值
self.next: ListNode | None = None # 指向后继节点的引用
self.prev: ListNode | None = None # 指向前驱节点的引用
```
=== "C++"
```cpp title=""
/* 双向链表节点结构体 */
struct ListNode {
int val; // 节点值
ListNode *next; // 指向后继节点的指针
ListNode *prev; // 指向前驱节点的指针
ListNode(int x) : val(x), next(nullptr), prev(nullptr) {} // 构造函数
};
```
=== "Java"
```java title=""
/* 双向链表节点类 */
class ListNode {
int val; // 节点值
ListNode next; // 指向后继节点的引用
ListNode prev; // 指向前驱节点的引用
ListNode(int x) { val = x; } // 构造函数
}
```
=== "C#"
```csharp title=""
/* 双向链表节点类 */
class ListNode(int x) { // 构造函数
int val = x; // 节点值
ListNode next; // 指向后继节点的引用
ListNode prev; // 指向前驱节点的引用
}
```
=== "Go"
```go title=""
/* 双向链表节点结构体 */
type DoublyListNode struct {
Val int // 节点值
Next *DoublyListNode // 指向后继节点的指针
Prev *DoublyListNode // 指向前驱节点的指针
}
// NewDoublyListNode 初始化
func NewDoublyListNode(val int) *DoublyListNode {
return &DoublyListNode{
Val: val,
Next: nil,
Prev: nil,
}
}
```
=== "Swift"
```swift title=""
/* 双向链表节点类 */
class ListNode {
var val: Int // 节点值
var next: ListNode? // 指向后继节点的引用
var prev: ListNode? // 指向前驱节点的引用
init(x: Int) { // 构造函数
val = x
}
}
```
=== "JS"
```javascript title=""
/* 双向链表节点类 */
class ListNode {
constructor(val, next, prev) {
this.val = val === undefined ? 0 : val; // 节点值
this.next = next === undefined ? null : next; // 指向后继节点的引用
this.prev = prev === undefined ? null : prev; // 指向前驱节点的引用
}
}
```
=== "TS"
```typescript title=""
/* 双向链表节点类 */
class ListNode {
val: number;
next: ListNode | null;
prev: ListNode | null;
constructor(val?: number, next?: ListNode | null, prev?: ListNode | null) {
this.val = val === undefined ? 0 : val; // 节点值
this.next = next === undefined ? null : next; // 指向后继节点的引用
this.prev = prev === undefined ? null : prev; // 指向前驱节点的引用
}
}
```
=== "Dart"
```dart title=""
/* 双向链表节点类 */
class ListNode {
int val; // 节点值
ListNode next; // 指向后继节点的引用
ListNode prev; // 指向前驱节点的引用
ListNode(this.val, [this.next, this.prev]); // 构造函数
}
```
=== "Rust"
```rust title=""
use std::rc::Rc;
use std::cell::RefCell;
/* 双向链表节点类型 */
#[derive(Debug)]
struct ListNode {
val: i32, // 节点值
next: Option<Rc<RefCell<ListNode>>>, // 指向后继节点的指针
prev: Option<Rc<RefCell<ListNode>>>, // 指向前驱节点的指针
}
/* 构造函数 */
impl ListNode {
fn new(val: i32) -> Self {
ListNode {
val,
next: None,
prev: None,
}
}
}
```
=== "C"
```c title=""
/* 双向链表节点结构体 */
typedef struct ListNode {
int val; // 节点值
struct ListNode *next; // 指向后继节点的指针
struct ListNode *prev; // 指向前驱节点的指针
} ListNode;
/* 构造函数 */
ListNode *newListNode(int val) {
ListNode *node;
node = (ListNode *) malloc(sizeof(ListNode));
node->val = val;
node->next = NULL;
node->prev = NULL;
return node;
}
```
=== "Kotlin"
```kotlin title=""
/* 双向链表节点类 */
// 构造方法
class ListNode(x: Int) {
val _val: Int = x // 节点值
val next: ListNode? = null // 指向后继节点的引用
val prev: ListNode? = null // 指向前驱节点的引用
}
```
=== "Ruby"
```ruby title=""
# 双向链表节点类
class ListNode
attr_accessor :val # 节点值
attr_accessor :next # 指向后继节点的引用
attr_accessor :prev # 指向前驱节点的引用
def initialize(val=0, next_node=nil, prev_node=nil)
@val = val
@next = next_node
@prev = prev_node
end
end
```
=== "Zig"
```zig title=""
// 双向链表节点类
pub fn ListNode(comptime T: type) type {
return struct {
const Self = @This();
val: T = 0, // 节点值
next: ?*Self = null, // 指向后继节点的指针
prev: ?*Self = null, // 指向前驱节点的指针
// 构造函数
pub fn init(self: *Self, x: i32) void {
self.val = x;
self.next = null;
self.prev = null;
}
};
}
```
{ class="animation-figure" }
图 4-8 常见链表种类
4.2.4 链表典型应用
单向链表通常用于实现栈、队列、哈希表和图等数据结构。
- 栈与队列：当插入和删除操作都在链表的一端进行时，它表现出先进后出的特性，对应栈；当插入操作在链表的一端进行，删除操作在链表的另一端进行，它表现出先进先出的特性，对应队列。
- 哈希表：链式地址是解决哈希冲突的主流方案之一，在该方案中，所有冲突的元素都会被放到一个链表中。
- 图：邻接表是表示图的一种常用方式，其中图的每个顶点都与一个链表相关联，链表中的每个元素都代表与该顶点相连的其他顶点。
双向链表常用于需要快速查找前一个和后一个元素的场景。
- 高级数据结构：比如在红黑树、B 树中，我们需要访问节点的父节点，这可以通过在节点中保存一个指向父节点的引用来实现，类似于双向链表。
- 浏览器历史：在网页浏览器中，当用户点击前进或后退按钮时，浏览器需要知道用户访问过的前一个和后一个网页。双向链表的特性使得这种操作变得简单。
- LRU 算法：在缓存淘汰（LRU）算法中，我们需要快速找到最近最少使用的数据，以及支持快速添加和删除节点。这时候使用双向链表就非常合适。
环形链表常用于需要周期性操作的场景，比如操作系统的资源调度。
- 时间片轮转调度算法：在操作系统中，时间片轮转调度算法是一种常见的 CPU 调度算法，它需要对一组进程进行循环。每个进程被赋予一个时间片，当时间片用完时，CPU 将切换到下一个进程。这种循环操作可以通过环形链表来实现。
- 数据缓冲区：在某些数据缓冲区的实现中，也可能会使用环形链表。比如在音频、视频播放器中，数据流可能会被分成多个缓冲块并放入一个环形链表，以便实现无缝播放。