假设您可以打造一个链表，如果不清楚推荐《啊哈！算法》and 《大话数据结构》，【Code】那里我会聊经验帮您写链表代码。
那我们讲什么，讲链表的应用 Word文档 · LRU缓存淘汰算法 和 链表反转 · 约瑟夫 · 有顺合并 以及 STL链表类的基本操作。
链表的特点
- 链表在内存中并不是连续存储，对CPU缓存不友好，没办法预读。
- 插入、删除数据效率高O(1)级别（只需更改指针指向即可），随机访问效率低O(n)级别（需要从链头至链尾进行遍历）。
- 和数组相比，内存空间消耗更大，因为每个存储数据的结点都需要额外的空间存储后继指针，特别是双向链表。
- 对链表进行频繁的插入和删除操作，会导致频繁的内存申请和释放，容易造成内存碎片，如果是Java语言，还可能会造成频繁的GC（自动垃圾回收器）操作。
常用的链表
单链表 :>
- 每个结点只包含一个指针，即后继指针。
- 单链表有两个特殊的结点，即首结点和尾结点。为什么特殊？用首结点地址表示整条链表，尾节点的后继指针指向空地址NULL。
- 插入和删除结点的时间复杂度为O（1），查找的时间复杂度为O(n)。
- 利用 异或^ 可实现双链表
循环链表 :>
- 除了尾结点的后继指针指向首结点的地址外均与单链表一致。
- 适用于存储有循环特点的数据，比如约瑟夫问题。
双向链表 :>
- 结点除了存储数据外，还有两个指针分别指向前一个结点地址（前驱指针）和下一个结点地址（后继指针）。
- 首结点的前驱指针 和尾节点 的后继指针均指向空地址
- 和单链表相比，存储相同的数据，需要消耗更多的存储空间。
- 插入、删除[按结点地址]操作比单链表效率更高O(1)
- 利用 异或^ 可用单链表实现，以减少内存空间消耗。
双向循环链表 :>
- 首结点的前驱指针指向尾结点，尾结点的后继指针指向首结点。
链表的创建方式
初学者第一种, 尾插法
初学者第二种, 头插法
初学者第三种, 用头结点人性化头插 [简化]高手的第四种, 头结点开辟整个链表, 用头结点的指针域充当当前结点的指针.
教主的第五种, 定义链表外, 也定义管理链表的结构，比如有一个结构体管理第一个指针、最后一个指针、当前链表的大小
那么为什么会有这么多方法呢，写自己习惯的不就好了？
答：为考虑链表的管理，以及方方面面可能出现的问题, 提高效率。对于此，我们需要深入理解才能管理好链表。学习多种神奇写法，会渐渐拨开链表的雪山薄雾。
链表的应用[结合链表的特点]
- Word 文档，每个人应该都或多或少用过，您回想一下，ta一开始都是一页，当您需要下一页时，ta 会自动开辟。
- WIFI 热点，连接热点的时候，ta有一层线性关系。再大型赛事直播的时候，运营商会派几量移动车，增强信号。移动车是随时进来，随时走的。如图。
缓存
缓存是一种提高数据读取性能的技术，在硬件设计、软件开发中都有着非常广泛的应用，比如常见的 CPU 缓存、数据库缓存、浏览缓存等等。 缓存是一种空间换时间的思想。如果我们把数据存储在硬盘是节省了内存，可每访问都需要跑的硬盘，是非常非常慢的，您想一想超过 6 s 才打开网页，您可以接受嘛 ~
缓存的大小有限，当缓存被用满时，哪些数据应该被清理出去，哪些数据应该被清理出去，哪些数据应该被保留？这就需要缓存淘汰策略来决定。常见的策略有三种：先进先出策略 FIFO（First In，First Out）、最少使用策略 LFU（Least Frequently Used）、最近最少使用策略 LRU（Least Recently Used）。
我喜欢举例子。假如，您买了一房间的小说，正在看《元尊》，可是现在您要去远足了[时长达一年]。那么您会选择带什么书去呢？想出的方法，又是不是和上面的策略神似呢，不是嘛 ^_^ 。
LRU 缓存淘汰算法[链表实现 ， 哈希优化 ]
基于链表实现 LRU 具体思路
step-0 :> 维护一个有序单链表，越靠近链表尾部的结点是越早之前访问的。当有一个新的数据被访问时，我们从链表头开始顺序遍历链表。
step-1 :> 如果此数据之前已经被缓存在链表中了，我们遍历得到这个数据对应的结点，并将其从原来的位置删除，然后再插入到链表的头部。
step-2 :> 如果此数据没有在缓存链表中，又可以分为两种情况：
- 此时缓存未满，则将此结点直接插入到链表头部；
- 此时缓存已满，则链表尾结点删除，将新数据结点插入链表头部；
基于这种思路实现的 LRU 缓存算法时间复杂度为 O(n) 因为不管缓存有没有满，我们都需要遍历一遍链表。实际生活中，网页的缓存采用哈希表，我们也可加上哈希来记录每个数据的位置，将缓存访问的时间复杂度降为 O(1)。
我们以后实现，先保留这个项目。
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下面是，一些 面试题 或者 o j 的例题与解析。
【1】 链表的反转
- 使用快慢两个指针找到链表中点，慢指针每次前进一步，快指针每次前进两步。在慢指针前进的过程中，同时修改其 next 指针，使得链表前半部分反序。最后比较中点两侧的链表是否相等。[结点数是 2n 要确定是返回上中位数或下中位数]
- 把链表一分为二，比例是 1 : len - 1。然后以只有 1 个结点的部分为起始，从另一部分拿结点头插， 即可实现反序。
【2】 约瑟夫环
- 单向循环链表模拟这个故事的过程【数组也可以，不过，单向循环链表最合适】
- 数学方法解
【3】 俩个有序链表合并为一个有序链表
- 俩个链表开始俩俩比较，按升序或者降序逐个插入
- 把俩个链表的值，拿到数组里面，排序
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【Code】
任何写出正确的链表代码:
① 决心, 花一个礼拜的时间就一个链表代码
② 理解指针或者引用的含义. 保存的是变量地址
-
p->next=p->next->next。这行代码表示，p 结点的 next 指针存储了 p 结点的下下一个结点的内存地址
③ 小心指针迷失和内存泄露
④ 利用哨兵简化, 带头结点不存储数据
- 用带头结点[不存储数据的]当哨兵。
⑤ 判断边界与特殊结点特殊考虑
- 如果链表为空, 代码能否正常工作 ？
- 如果链表只包含一个结点, 代码能否正常工作 ？
- 如果链表只包含俩个结点, 代码能否正常工作 ？
- 代码逻辑在处理头结点和尾结点时, 能否正常工作
⑥ 举例画图, 动态思考
- 链表插入操作顺序写反了，会指针迷途。
⑦ 多写多练, 是捷径
- 练习题LeetCode对应编号：206，141，21，19，876。
链表结课标准
- 实现单链表、循环链表、双向链表，支持增删操作
- 实现单链表反转
- 实现两个有序的链表合并为一个有序链表
- 实现求链表的中间结点
- 单链表异或实现双链表
- 链式前向星
- 三种结链法