[導(dǎo)讀] 為啥取這么個(gè)題目，刨根問(wèn)底？本文也未必刨到根了，也未必探到了底！但是筆者想要傳達(dá)一個(gè)觀點(diǎn)，一個(gè)態(tài)度！作為攻城獅而言，如果對(duì)某一個(gè)點(diǎn)感興趣應(yīng)盡量深入再深入，忌淺嘗輒止！刨根問(wèn)底有百利而無(wú)一害。另外撰寫(xiě)刨根問(wèn)底學(xué)算法系列文章，也是因?yàn)楣P者非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)學(xué)的非常膚淺，讀書(shū)時(shí)老師講課感覺(jué)更多是學(xué)以致考，而非學(xué)以致用。故梳理學(xué)習(xí)以記之。

如果讀到本文的你剛好是在校學(xué)子，不妨擴(kuò)散給你的同學(xué)們，希望能在讀書(shū)的時(shí)候，不光學(xué)會(huì)會(huì)考，也盡量嘗試學(xué)著去用！

啥是鏈表？

鏈表是計(jì)算機(jī)科學(xué)中一種鏈?zhǔn)?/span>線性表，數(shù)據(jù)域為節(jié)點(diǎn)的一部分，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而在邏輯上形成一個(gè)鏈。

線性表 vs 非線性表

什么樣的表是線性表？什么樣的表又是非線性表呢？既然有線性表就必然有非線性表！

線性表：

• 邏輯存儲(chǔ)角度：這里線性是指邏輯上的線性，除了首位元素，其他元素從邏輯上是一對(duì)一邏輯上連起來(lái)的
• 訪問(wèn)遍歷角度：訪問(wèn)元素是朝著邏輯上一個(gè)方向即可遍歷訪問(wèn)所有元素

那么概括起來(lái)說(shuō)就是一種數(shù)據(jù)元素按順序或線性排列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中元素與它的上一個(gè)和下一個(gè)相鄰，稱為線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，只涉及單層數(shù)據(jù)。因此，只能在一次運(yùn)行中遍歷所有元素。由于計(jì)算機(jī)內(nèi)存以線性方式排列，因此線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)。那么滿足上面這樣特性的，常見(jiàn)的數(shù)組、隊(duì)列、棧、鏈表即是線性表。

非線性表：

數(shù)據(jù)元素不是按邏輯順序或線性排列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，不涉及單個(gè)級(jí)別。因此不能在朝一個(gè)邏輯方向遍歷所有元素。與線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相比，非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不容易實(shí)現(xiàn)。與線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相比，它能有效地利用計(jì)算機(jī)內(nèi)存，在邏輯上一對(duì)多或者多對(duì)多的關(guān)系，比如樹(shù)、圖。

如何鏈？

Linked list（鏈表），從語(yǔ)義上理解，首先這玩意兒是一個(gè)表(list),是怎樣的一個(gè)表呢？數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)鏈接(Linked)起來(lái)的表！

怎么鏈起來(lái)的呢？

邏輯上鏈起來(lái)的，這里有兩種辦法：

• 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方法：動(dòng)態(tài)申請(qǐng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)存，然后利用節(jié)點(diǎn)中的指針指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)鏈。優(yōu)點(diǎn)是存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)數(shù)理論上無(wú)限制，不需要提前分配內(nèi)存，僅受限于物理可用內(nèi)存。但不易于調(diào)試。
• 靜態(tài)存儲(chǔ)方法：比如用數(shù)組實(shí)現(xiàn)。這種方法比較易于調(diào)試，缺點(diǎn)是不能動(dòng)態(tài)分配節(jié)點(diǎn)，需要提前分配內(nèi)存，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)有限。

對(duì)于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方法而言，易于理解，一想到鏈表很多盆友都立馬想到，設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，沒(méi)增加一個(gè)鏈節(jié)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)申請(qǐng)節(jié)點(diǎn)大小內(nèi)存，再把節(jié)點(diǎn)插入進(jìn)鏈表即可。對(duì)于靜態(tài)方法，可能常常覺(jué)得并沒(méi)啥用。事實(shí)上呢卻不然。比如前面我寫(xiě)過(guò)一篇RT-Thread的小堆管理器的實(shí)現(xiàn)，即是采用了靜態(tài)存儲(chǔ)方法實(shí)現(xiàn)了鏈表。

可參閱：

實(shí)用算法解讀之RT-Thread鏈表堆管理器

為啥要鏈表？

探究計(jì)算機(jī)先輩為啥要發(fā)明這樣一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呢？不妨拿最為普通的數(shù)組與鏈表做些對(duì)比，數(shù)組在存儲(chǔ)信息的角度與鏈表從作用角度最為類型的一種線性數(shù)據(jù)，但是數(shù)組具有以下限制：

• 數(shù)組的大小是固定的：因此必須提前知道元素?cái)?shù)量的上限。過(guò)小則應(yīng)用時(shí)可能不夠，過(guò)大則易浪費(fèi)。
• 數(shù)組中插入新元素非常昂貴，因?yàn)楸仨殲樾略貏?chuàng)建空間，并且必須移動(dòng)現(xiàn)有所有元素。CPU忙忙碌碌干了一堆無(wú)聊的搬運(yùn)工工作。

而動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)的鏈表則很好解決了這些缺陷：

• 動(dòng)態(tài)申請(qǐng)、動(dòng)態(tài)刪除，高效利用內(nèi)存，不易浪費(fèi)
• 非常易于插入刪除某一個(gè)元素

任何事物都具有兩面性，不可能全是優(yōu)點(diǎn)而無(wú)缺點(diǎn)，鏈表也一樣：

• 不允許隨機(jī)訪問(wèn)。必須從第一個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始順序訪問(wèn)元素。因此無(wú)法使用其默認(rèn)實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈接列表進(jìn)行有效的二進(jìn)制搜索。
• 鏈表的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要指向下一節(jié)點(diǎn)的指針的額外存儲(chǔ)空間開(kāi)銷。
• 不適合緩存。由于數(shù)組元素是連續(xù)的位置，因此存在引用位置，可以實(shí)現(xiàn)緩存。而動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)形式鏈表則地址是不連續(xù)的。

對(duì)于應(yīng)用而言，必然是根據(jù)待解決的問(wèn)題的特點(diǎn)進(jìn)而選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)方式，不是說(shuō)鏈表就高大上，從而鄙視最為普通的數(shù)組！

談?wù)劰?jié)點(diǎn)

實(shí)際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，可能是一個(gè)基本類型數(shù)據(jù)，也可能是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，泛言之是一個(gè)廣義抽象數(shù)據(jù)類型，比如：

typedef struct _T_ELEMENT{
    int cmd;
    float value;
    int status;
}T_ELEMENT;
struct Node { 
    T_ELEMENT data; 
    struct Node* next; 
}; 

如果你剛好在學(xué)習(xí)鏈表，準(zhǔn)備用C語(yǔ)言擼一遍代碼，建議用typedef定義一下抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)域，這樣代碼將很容易變成一個(gè)可實(shí)用的輪子。

有哪些鏈表形式？

單向鏈表

單鏈表包含兩個(gè)域：

• 數(shù)據(jù)信息域，存儲(chǔ)有用信息。
• next指針域，“next”字段指向節(jié)點(diǎn)行中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

鏈表最基本的結(jié)構(gòu)是在每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存有用數(shù)據(jù)及下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址，在最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)保存一個(gè)特殊的結(jié)束標(biāo)記，另外在一個(gè)固定的位置保存指向首節(jié)點(diǎn)的指針，應(yīng)用中有時(shí)候也會(huì)儲(chǔ)存指向最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。一般查找一個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)候需要從第一個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始每次訪問(wèn)下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，一直訪問(wèn)到需要的位置。但是也可以提前把一個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置另外保存起來(lái)，然后直接訪問(wèn)?？梢栽趩捂湵砩蠄?zhí)行的操作包括插入、刪除和遍歷。

雙向鏈表

與單向鏈表相比，雙向鏈表多了一個(gè)指向前一節(jié)點(diǎn)的指針：

雙向鏈表也叫雙鏈表。雙向鏈表中不僅有指向后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針，還有指向前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。這樣可以從任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)前一個(gè)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)然也可以訪問(wèn)后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，以至整個(gè)鏈表。一般是在需要大批量的另外儲(chǔ)存數(shù)據(jù)在鏈表中的位置的時(shí)候用。雙向鏈表也可以配合下面的其他鏈表的擴(kuò)展使用。這樣做好處顯而易見(jiàn)，可以從任意節(jié)點(diǎn)遍歷整個(gè)鏈表，但是需要額外為每個(gè)節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)一個(gè)指針的存儲(chǔ)空間開(kāi)銷。

循環(huán)鏈表

循環(huán)鏈表中, 首節(jié)點(diǎn)和末節(jié)點(diǎn)被鏈接在一起。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在單向和雙向鏈表中都可以實(shí)現(xiàn)。要遍歷一個(gè)循環(huán)鏈表，可以從任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)沿著列表的任一方向直到返回開(kāi)始的節(jié)點(diǎn)。循環(huán)鏈表可以被視為“無(wú)頭無(wú)尾”。這種結(jié)構(gòu)利于節(jié)約內(nèi)存空間。

單向循環(huán)鏈表：

雙向循環(huán)鏈表：

循環(huán)鏈表中第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，反之亦然。循環(huán)鏈表的無(wú)邊界