链式存储结构：赋予线性表灵活的生命力

后端

2023-06-06 01:50:41

走进链式存储结构的迷人世界

什么是链式存储结构？

想象一下一本笔记本，每一页都写着数字，但它们没有固定的顺序。要找到一个特定数字，你只能一页一页地翻找。这就是顺序存储 的原理，它是计算机存储数据的基本方式。

但顺序存储有许多限制。比如，插入或删除一个数字都会引起后续所有数字的重新排序，效率低下。更重要的是，如果数据量超过了预先分配的存储空间，顺序存储就束手无策了。

为了解决这些问题，聪明的人发明了链式存储结构 。在这个结构中，数据不再连续地存储在内存中，而是通过称为指针的特殊标记彼此连接。每个结点包含两个部分：数据成员 和指针。数据成员存储实际数据值，而指针指向下一个结点。

这种巧妙的设计赋予了链式存储结构惊人的灵活性。插入或删除一个结点只需修改几个指针即可，不会影响其他结点的数据。此外，链式存储结构可以动态地分配内存空间，轻松适应数据量的变化。

单链表：链式存储结构的典范

在众多的链式存储结构中，单链表 是最简单、最基本的。单链表中的每个结点只包含一个指针，指向下一个结点。这种结构易于理解和实现，同时具备了链式存储结构的所有优点。

单链表的基本操作：插入和删除

在单链表中插入一个新结点非常简单。只需将新结点的指针指向后继结点，然后将前驱结点的指针指向新结点即可。删除操作也类似，只需要修改前驱结点的指针，让它直接指向新结点的后继结点即可。

这些基本操作为我们提供了无限的可能性。我们可以利用单链表实现各种数据结构，如队列、栈和树。单链表也是许多算法的基础，如查找、排序和遍历。

链式存储结构的广阔天地

链式存储结构并不仅仅只有单链表。还有许多其他类型的链式存储结构，如双链表 、循环链表 和跳表。每种链式存储结构都有其独特的特点和适用场景。

双链表中的每个结点有两个指针，分别指向其前驱结点和后继结点。这使得双链表能够轻松地进行双向遍历，在某些情况下比单链表更有优势。

循环链表将最后一个结点的指针指向第一个结点，形成一个闭环。这使得循环链表可以进行无限循环遍历，在某些特定应用中非常有用。

跳表是一种特殊的链表，它通过引入额外的指针来提高搜索效率。跳表中的每个结点都有多个指针，分别指向距离它一定间隔的结点。这使得跳表能够快速地跳过大量结点，从而缩短搜索时间。

链式存储结构的未来

链式存储结构诞生数十年来，一直是数据结构领域的研究热点。随着计算机硬件和软件技术的不断发展，链式存储结构也在不断地演进和发展。

近年来，一种称为无指针链表 的新型链表结构备受关注。无指针链表通过巧妙的设计，省去了传统链表中的指针，从而节省了存储空间并提高了运行效率。

此外，链式存储结构也在不断地与其他数据结构相结合，形成新的数据结构。例如，将链式存储结构与数组相结合，可以形成一种称为数组链表 的数据结构，兼具数组的快速访问和链表的动态性。

链式存储结构的未来充满机遇和挑战。随着计算机技术的不断发展，链式存储结构将继续发挥重要作用，并不断地被赋予新的生命力。

代码示例

单链表的插入操作

class Node:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.next = None

def insert_node(head, new_node):
    if head is None:
        head = new_node
    else:
        current = head
        while current.next is not None:
            current = current.next
        current.next = new_node

单链表的删除操作

def delete_node(head, node_to_delete):
    if head is None:
        return None

    if head == node_to_delete:
        return head.next

    current = head
    while current.next is not node_to_delete:
        current = current.next

    current.next = node_to_delete.next