数据结构与算法 — 链表

链表（通过“指针”将一组零散的内存块串联起来使用。）

三种常见链表结构：

1. 单链表：链表通过指针将一组零散的内存块串联在一起。其中，我们把内存块称为链表的“结点”。为了将所有的结点串起来，每个链表的结点除了存储数据之外，还需要记录链上的下一个结点的地址。如图所示，我们把这个记录下个结点地址的指针叫做后继指针next

   如图所示，你会发现，其中有两个结点比较特殊，他们分别是第一个结点和最后一个结点。我们习惯把第一个结点叫做头结点，把最后一个结点叫做尾结点。其中，头结点用来记录链表的基地址。有了它，我们可以遍历得到整条链表。而尾结点特殊的地方是：指针不是指向下一个结点，而是指向一个空地址NULL，表示这是链表上最后一个结点。与数组一样，链表也支持数据的查找、插入和删除操作。我们知道，进行数组的插入，删除操作时，为了保持内存的连续性，需要做出大量的数据搬移，所以时间复杂度是O(n)。而在链表中插入或者删除一个数据，我们并不需要为了保持内存的连续性而搬移结点，图中可以看出，针对链表的插入和删除操作，我们只需要考虑相邻结点的指针改变，所以对应时间复杂度是O(1)。

   但是有利也有弊。链表想要随机访问第K个元素，就没有数组高效了。因为链表中的数据并非连续存储的，所以无法像数组那样，根据首地址和下标，通过寻址公式就能计算出内存地址，而是需要根据指针一个结点一个结点地依次遍历，直到找到对应的结点。所以，链表随机访问的性能没有数组好，需要O(n)的时间复杂度。

2. 循环链表：循环链表实际上是一种特殊的单链表。它跟单链表唯一的区别就在尾结点。循环链表的尾结点指针不是指向NULL，而是指向链表的头结点。
3. 双向链表：单向链表只有一个方向，结点只有一个后继指针next指向后面的结点。而双向链表，顾名思义，它支持两个方向，每个结点不止有一个后继指针next指向后面的结点，还有一个前驱指针prev指向前面的结点。

   从图中可以看出，双向链表需要额外的两个空间来存储后继结点和前驱结点的地址。所以存储同样多的数据，双向链表要比单链表占用更多的内存空间。虽然两个指针比较浪费存储空间，但可以支持双向遍历。