Day3||203.移除链表数组|707.设计链表|206.反转链表

今日重点内容：

1.熟悉用虚拟头结点来移除节点

2.练习链表5个常规操作

3.使用双指针法和递归法来反转链表

链表理论基础

链表：存储每一个元素和下一个元素的地址

结点：含数据域和指针域

链表类型单链表、双向链表和循环链表（约瑟夫环）

头指针：指向链表第一个结点的指针

单链表由表头唯一确定，所以可以用头指针来代表整个链表

空表：头结点的指针域为空

链表节点定义：

// 单链表
struct ListNode {
    int val;  // 节点上存储的元素
    ListNode *next;  // 指向下一个节点的指针
    ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}  // 节点的构造函数
};

或自定义：

ListNode* head = new ListNode(5);

使用默认构造函数初始化节点：

ListNode* head = new ListNode();
head->val = 5;

203.移除链表数组

题目：203. 移除链表元素 - 力扣（LeetCode）

给你一个链表的头节点 head 和一个整数 val ，请你删除链表中所有满足 Node.val == val 的节点，并返回 新的头节点 。

示例 1：

输入：head = [1,2,6,3,4,5,6], val = 6
输出：[1,2,3,4,5]

1.直接使用原来链表进行删除操作

移除头结点时向后移一位即可，其他节点则找到删除结点的前一个节点，断开连接，指向删减节点的下一位，再free删除节点。常规操作。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        //若删除元素是头结点
       while(head!=NULL&&head->val==val)
       {
        ListNode*temp=head;
        head=head->next;
        delete temp;
        }

        //删除元素非头结点
        ListNode*cur=head;
        while(cur!=NULL&&cur->next!=NULL)
        {
            if(cur->next->val==val)
            {
                ListNode*temp=cur->next;
                cur->next=cur->next->next;
                delete temp;
            }
            else cur=cur->next;
        }
        return head;


    }
};

易错点，分不清删除节点时用free还是delete。

在C++中，delete和free都可以用来释放动态分配的内存。虽然它们都能够完成内存释放的功能，但这两者之间有着很多区别，如下所示：

1. 对象类型
delete是C++语言自带的运算符，对于类对象进行删除时调用类的析构函数。
free是C标准库函数，仅释放空间，不会释放一个类（或者结构体）对象的空间。

2. 内存碎片
delete在释放内存后，能够确保内存内容被释放，并合并成一块可用的空间。在大规模内存管理、长时间运行时程序表现更为优秀。
free只是简单地将内存地址修改为空闲状态，并不能保证合并成一块可用的空间。如果频繁地执行 malloc 和 free，容易产生大量小块内存碎片，从而导致不利于程序运行效率的问题。

3. 参数类型

delete都是以指针为参数。

free是以地址值为参数。

4. 行为保证

delete具有行为保证（即无论是否出错都会表现一致），能够确保释放内存不会对其他对象造成影响。

free不具备任何行为保证，释放后的地址空间中仍可能存在原来数据的残留物，甚至可能覆盖其他已经被释放的对象。

内容来自：面试题：delete和free区别_free和delete-CSDN博客

2.设计一个虚拟头结点来移除节点

好处是可以统一所有节点的处理方法。

class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
    ListNode* dummyhead=new ListNode(0);
    dummyhead->next=head;//创建一个指向头结点的虚拟头结点
    ListNode*cur=dummyhead;//一个指向当前节点的结点
    while(cur->next!=NULL)//遍历链表
    {
        if(cur->next->val==val)
        {
            ListNode*temp=cur->next;
            cur->next=cur->next->next;
            delete temp;
        }
        else cur=cur->next;
    }
    return dummyhead->next;//注意这里返回的是真正的头结点
    
    }
};

也可以用递归法。

707.设计链表

题目：707. 设计链表 - 力扣（LeetCode）

一道比较综合的题目，涵盖了链表的常见操作。

你可以选择使用单链表或者双链表，设计并实现自己的链表。

单链表中的节点应该具备两个属性：val 和 next 。val 是当前节点的值，next 是指向下一个节点的指针/引用。

如果是双向链表，则还需要属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点下标从 0 开始。

实现 MyLinkedList 类：

MyLinkedList() 初始化 MyLinkedList 对象。
int get(int index) 获取链表中下标为 index 的节点的值。如果下标无效，则返回 -1 。
void addAtHead(int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中第一个元素之前。在插入完成后，新节点会成为链表的第一个节点。
void addAtTail(int val) 将一个值为 val 的节点追加到链表中作为链表的最后一个元素。
void addAtIndex(int index, int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中下标为 index 的节点之前。如果 index 等于链表的长度，那么该节点会被追加到链表的末尾。如果 index 比长度更大，该节点将 不会插入 到链表中。
void deleteAtIndex(int index) 如果下标有效，则删除链表中下标为 index 的节点。

单链表

class MyLinkedList {
public:
    //定义链表节点结构体
    struct Linkednode{
        int val;
        Linkednode*next;
        Linkednode(int val):val(val),next(nullptr){}

    };
      //初始化链表
    MyLinkedList() {
       Lsize=0;
       dummyhead=new Linkednode(0);//虚拟头结点，非真正的头结点

    }
    //找到对应下标节点的值
    int get(int index) {
      if(index>Lsize-1||index<0)//检查下标是否合法
      return -1;
      Linkednode*cur=dummyhead->next;
      while(index--)//从index=0开始找，因此cur指向头结点
      {
        cur=cur->next;
      }
      return cur->val;

    }
    //头插法
    void addAtHead(int val) {
    Linkednode*newnode=new Linkednode(val);
    newnode->next=dummyhead->next;
    dummyhead->next=newnode;//这里要注意顺序，一定要先建立新节点和下个节点的连接，再和上一个节点建立
    Lsize++;
    }
    //尾插法
    void addAtTail(int val) {
        Linkednode*cur=dummyhead;
        Linkednode*newnode=new Linkednode(val);
        while(cur->next!=NULL)
        {
            cur=cur->next;
        }
        cur->next=newnode;
        Lsize++;

    }
    //在第index个的节点前插入一个节点
    //如果index小于等于0，都是头插入为头结点，若等于链表长度则是新的尾节点，大于链表长度则返回空
    void addAtIndex(int index, int val) {
        Linkednode*cur=dummyhead;
        Linkednode*newnode=new Linkednode(val);
        if(index<0)index=0;
        if(index>Lsize)return;
        while(index--)cur=cur->next;

        newnode->next=cur->next;
        cur->next=newnode;
        Lsize++;

    }
    //删除第index个节点
    void deleteAtIndex(int index) {
        //注意验证下标合法性
        if(index<0||index>Lsize-1)return;
        Linkednode*cur=dummyhead;//注意！删除第几个节点，cur就指向它前一个，这个和寻找那里指向不一样
        while(index--)
        {
            cur=cur->next;
        }
        Linkednode*temp=cur->next;//这里指向删除节点就行，注意定义一个指针就行
        cur->next=cur->next->next;
        delete temp;

        temp=NULL;
        Lsize--;
    }
    private:
    int Lsize;//链表长度
    Linkednode*dummyhead;
};

/**
 * Your MyLinkedList object will be instantiated and called as such:
 * MyLinkedList* obj = new MyLinkedList();
 * int param_1 = obj->get(index);
 * obj->addAtHead(val);
 * obj->addAtTail(val);
 * obj->addAtIndex(index,val);
 * obj->deleteAtIndex(index);
 */

新知，删除节点那里，最后一步要把temp指针置空原因

//delete命令指示释放了tmp指针原本所指的那部分内存，
        //被delete后的指针tmp的值（地址）并非就是NULL，而是随机值。也就是被delete后，
        //如果不再加上一句tmp=nullptr,tmp会成为乱指的野指针
        //如果之后的程序不小心使用了tmp，会指向难以预想的内存空间

本题需要注意cur是指向虚拟头结点还是头结点，这样就不会搞错循环次数和index范围了。

结合画图比较好理解。

双链表待补充。。

206.反转链表

题目：206. 反转链表 - 力扣（LeetCode）

输入：head = [1,2,3,4,5]
输出：[5,4,3,2,1]

双指针法

思路：定义一个pre指针先指向null，然后cur指向头结点，额外一个临时指针保存cur的下一个节点。然后cur指向pre，然后pre和cur都下移一位。然后给一个循环过程遍历链表，当cur为空时就完成了链表的反转。（挺好理解）

class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
    ListNode*pre=NULL;
    ListNode*cur=head;
    ListNode*temp;
    while(cur){
        temp=cur->next;//先保存下一个位置，因为等会cur转向时要斩断和next的连接
        cur->next=pre;
        pre=cur;
        cur=temp;
    }
    return pre;//最后pre指向的就是头结点

    }
};

递归法

模拟的就是双指针法的操作过程，只要把while循环的一次次操作弄成递归操作的就行

区别就是反转操作让reverse函数来完成。然后reverselist调用。

传入新的cur和pre时，注意是cur移动到temp，pre移动到cur的位置。

class Solution {
public:
    ListNode*reverse(ListNode*cur,ListNode*pre)
    {
     if(cur==NULL)return pre;
     ListNode*temp=cur->next;
     cur->next=pre;
     return reverse(temp,cur);
    }
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
   
   return reverse(head,NULL);
    }
};

总结：由于之前看过印度老哥的视频，所以思路是有点印象的，理解上不会太困难，不过代码还有很多小细节需要注意。