数据结构（一）- 链表
锲而舍之，朽木不折；锲而不舍，金石可镂。---荀子《劝学》
1认识链表结构
单向链表
单链表在内存中的表示：
单向链表
可以看到，一个链表的节点包含数据域和指向下一个节点的引用，链表最后一个节点指向null（空区域）。
我们可以根据这一定义，用Java语言表示一下单向链表的结构：
public class Node {
public int value;
public Node next;
public Node(int value) {
this.value = value;
}
}
在链表的结构中，有数据域value，以及一个指向下一个节点的引用next。
TIP：这里的value还可以定义成泛型的。
双向链表
我们再来看一下双向链表的结构：
双向链表
双向链表中的节点有数值域，和指向它前一个节点的引用以及指向它后一个节点的引用，据此我们可以定义出双向链表的结构：
public class DoubleNode {
public int value;
public DoubleNode pre;
public DoubleNode next;
public DoubleNode(int value) {
this.value = value;
}
}
2加深对链表结构的理解
实现单向和双向链表的反转
说明：
对于一个链表如图所示
单链表原始结构
反转的意思是，将原来链表上的节点指针指向反转，原来的指向是：a -> b -> c -> d -> null，变成现在的指向：d -> c -> b -> a -> null，即反转后的结构如图所示：
这个题目不难，我们转换一下指针的指向就行了。
设计这样一个函数，函数的过程是调整链表各节点的指针指向，那么这个函数的要素有：
- 返回值是链表的新的头结点，这样能保证函数执行完，原链表变成一个有新的头结点的链表
- 需要传入一个链表，用头结点表示
解题技巧：定义两个Node引用辅助我们反转指针指向。
代码实现：
public static Node reverseNode(Node head) {
Node pre = null;
Node next = null;
//最终让head指向null
while (head != null) {
next = head.next;
head.next = pre;
pre = head;
head = next;
}
return pre;
}
我们来模拟一下这个函数的执行过程。
链表原始状态：
链表原始状态
方法开始执行，此时 head.next 不为空，所以，执行如下步骤：
- next = head.next：让next指向head（当前节点）的下一个节点，即b
next = head.next
- head.next = pre：让当前节点的下一个节点指向pre，即null
head.next = pre此时当前节点从原来指向b，改为指向null。
- pre = head：让pre指向当前节点
- head = next：让当前节点指向next，相当于移动head节点，直到将head节点移动到原来tail节点的位置
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第一次循环执行结束，此时 head 为b，不是null，所以继续循环，执行流程：
反转单链表第二次循环
此时 head 为c，不是null，所以继续循环，执行流程如下：
反转单链表第三次循环
同理，此时 head 为d，不是null，继续循环：
完成链表反转
这时就完成了单链表的反转步骤。
有了单链表反转的经验，我们很容易就能实现双向链表的反转，代码如下：
public DoubleNode reverseDoubleNode(DoubleNode head) {
DoubleNode pre = null;
DoubleNode next = null;
while (head != null) {
next = head.next;
//操作（移动）当前节点
head.next = pre;
head.pre = next;
pre = head;
head = next;
}
return pre;
}
实现把链表中给定的值都删除
题如：给定一个单链表头节点head，以及一个整数，要求把链表中值为给定整数的节点都删除。
删除所有指定值的节点
实现思路：
要实现的函数需要给我传一个头节点以及给定的数值，头节点确定链表。func(Node head, int num)。
函数给不给返回值，返回值是什么？试想，针对链表 3 -> 5 -> 4 -> 3 -> 4 -> 5 ，加入要删除4，那么新链表就是 3 -> 5-> 3 -> 5，头节点仍然是原来的节点3；而如果要删除值为3的节点呢，删除后就是 5 -> 4 -> 4 -> 5 ，头节点变了。因此，我们要设计的这个函数需要返回新链表的头节点。
上述分析得知，需要返回新链表的头节点，因此也就是要返回第一个不是给定值的节点（因为给定值的节点都要被删除掉）。
//head移动到第一个不需要删除的位置：边界条件
while (head != null) {
if (head.value != num) {
break;
}
//head右移
head = head.next;
}
//跳出循环之后，head的情况：
//1. head = null，这种情况是链表中的值全部是给定值，全删了
//2. head != null
// 中间操作
//最终返回head：第一个不是给定值的节点
return head;
head移动到第一个不需要删除的位置后，head若为null，表示所有节点都删除了，直接返回就可以了；若head不为null，借助两个辅助变量Node pre和cur，从head处开始往next走，遇到给定值就跳过。
Node pre = head;
Node cur = head;
while (cur != null) {
if (cur.value == num) {
pre.next = cur.next;
} else {
pre = cur;
}
cur = cur.next;
}
这一执行过程图解如下：
删除指定节点的过程
通过上述分析，写出完整实现代码：
public static Node remove (Node head, int num) {
while (head != null) {
if (head.value != num) {
break;
}
head = head.next;
}
Node pre = head;
Node cur = head;
while (cur != null) {
if (cur.value == num) {
pre.next = cur.next;
} else {
pre = cur;
}
cur = cur.next;
}
return head;
}
3小结
今天主要针对链表这种数据结构进行了一些简单的分析，通过两个例子熟悉了链表的结构。
针对链表的操作，需要注意的就是指针指向以及边界问题，后续关于链表的算法还会遇到。