「前端进阶」面试链表不再畏惧

数组想必大家都很熟悉，几乎我们每天都会操作它。那么我们就来对比数组来学习链表，首先要明确的是，链表和数组的底层存储结构不同，数组要求存储在一块连续的内存中，而链表是通过指针将一组零散的内存块串联起来。可见链表对内存的要求降低了，但是随机访问的性能就没有数组好了，需要 O(n) 的时间复杂度。

下图中展示了单链表及单链表的添加和删除操作，其实链表操作的本质就是处理链表结点之间的指针。

image.png

在删除链表结点的操作中，我们只需要将需要删除结点的前驱结点的 next 指针，指向其后继即可。这样，当前被删除的结点就被丢弃在内存中，等待着它的是被垃圾回收器清除。

为了更便于你理解，链表可以类比现实生活中的火车，火车的每节车厢就是链表的一个个结点。车厢之间相互连接，可以添加或者移除掉。春运时，客运量比较大，列车一般会加挂车厢。

链表的结点结构由数据域和指针域组成，在 JavaScript 中，以嵌套的对象形式实现。

{
    // 数据域
    val: 1,
    // 指针域
    next: {
        val:2,
        next: ...
    }
}

名词科普

头结点：头结点用来记录链表的基地址，是我们遍历链表的起点
尾结点：尾结点的指针不是指向下一个结点，而是指向一个空地址 NULL
单链表：单链表是单向的，它的结点只有一个后继指针 next 指向后面的结点，尾结点指针指向空地址
循环链表：循环链表的尾结点指针指向链表的头结点
双向链表：双向链表支持两个方向，每个结点不止有一个后继指针 next 指向后面的结点，还有一个前驱指针 prev 指向前面的结点，双向链表会占用更多的内存，但是查找前驱节点的时间复杂度是 O(1) ，比单链表的插入和删除操作都更高效
双向循环链表

循环链表

image.png

双向链表

双向循环链表

LeetCode真题
掌握了链表的基础知识后，我们拿几道链表的 LeetCode 真题练练手，点击题目标题即可跳转到相关题目的描述页面。

思路
使用递归来解题
将两个链表头部较小的一个与剩下的元素合并
当两条链表中的一条为空时终止递归
复杂度分析
N+M 是两条链表的长度

时间复杂度：O(M+N)
空间复杂度：O(M+N)

const mergeTwoLists = function (l1, l2) {
    if (l1 === null) {
        return l2;
    }
    if (l2 === null) {
        return l1;
    }
    if (l1.val < l2.val) {
        l1.next = mergeTwoLists(l1.next, l2);
        return l1;
    } else {
        l2.next = mergeTwoLists(l1, l2.next);
        return l2;
    }
};

思路
双指针法
使用快慢不同的两个指针遍历，快指针一次走两步，慢指针一次走一步
如果没有环，快指针会先到达尾部，返回 false
如果有环，则一定会相遇
复杂度分析
时间复杂度：O(N)
空间复杂度：O(1)

const hasCycle = function(head) {
    if (!head || !head.next) {
        return false;
    }
    let fast = head.next;
    let slow = head;
    while (fast !== slow) {
        if (!fast || !fast.next) {
            return false;
        }
        fast = fast.next.next;
        slow = slow.next;
    }
    return true;
};

思路
标记法
遍历链表，通过标记判断是否有环，如果标记存在则有环。
复杂度分析
时间复杂度：O(N)
空间复杂度：O(1)

const hasCycle = function(head) {
    while (head) {
        if (head.flag) {
            return true;
        } else {
            head.flag = true;
            head = head.next;
        }
    }
    return false;
}

思路
迭代
初始化前驱节点为 null，初始化目标节点为头节点
遍历链表，记录 next 节点并反转指针
prev 和 curr 指针分别往前移动一步
反转结束后，prev 成为新链表的头节点
复杂度分析
时间复杂度：O(N)
空间复杂度：O(1)

const reverseList = function(head) {
    let prev = null;
    let curr = head;
    while (curr !== null) {
        let next = curr.next;
        curr.next = prev;
        prev = curr;
        curr = next;
    }
    return prev;
};

思路
删除倒数第 n 个结点，我们需要找到倒数第 n+1 个结点，删除其后继结点即可
添加 prev 结点，也称其为哨兵结点，处理边界问题
使用双指针法，快指针先走 n+1 步，然后快慢指针同步往前走，直到 fast.next 为 null
删除倒数第 n 个结点，返回 prev.next
复杂度分析
时间复杂度：O(N)
空间复杂度：O(1)

const removeNthFromEnd = function(head, n) {
    let prev = new ListNode(0);
    prev.next = head;
    let fast = prev;
    let slow = prev;
    while (n--) {
        fast = fast.next;
    }
    while (fast && fast.next) {
        fast = fast.next;
        slow = slow.next;
    }
    slow.next = slow.next.next;
    return prev.next;
};

思路
双指针法
使用快慢不同的两个指针遍历，快指针一次走两步，慢指针一次走一步
当快指针到达终点时，慢指针刚好走到中间
复杂度分析
时间复杂度：O(N) N 是给定链表的结点数目
空间复杂度：O(1) 只需要常数空间存放 slow 和 fast 两个指针

const middleNode = function(head) {
    let fast = head;
    let slow = head;
    while (fast && fast.next) {
        slow = slow.next;
        fast = fast.next.next;
    }
    return slow;
};

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