数据结构与算法之美学习笔记：第七讲

技巧一：理解指针或引用的含义

1、指针和引用有什么关系

2、代码实现

技巧二：警惕指针丢失和内存泄漏

1、指针是如何弄丢的呢？

我拿单链表的插入操作为例来给你分析一下

如图所示，我们希望在结点a和相邻的结点b之间插入结点x，假设当前指针p指向结点a。如果我们将代码实现变成下面这个样子，就会发⽣指针丢失和内存泄露。

p->next = x;  // 将 p 的 next 指针指向 x 结点；
x->next = p->next;  // 将 x 的结点的 next 指针指向 b 结点；

2、插入结点时、一定要注意操作的顺序

3、删除链表结点时、一定要手动释放内存空间

技巧三：利用哨兵简化实现难度

1、发现问题

1、在结点P后面插入一个新的结点

new_node->next = p->next;
p->next = new_node;

2、向一个空链表中插入第一个结点

刚刚的逻辑就不能用了、需要进行下面这样的特殊处理、其中head表示链表的头结点、对于单链表的插入操作，第一个结点和其他结点的插入逻辑是不一样

if (head == null) {
  head = new_node;
}

3、单链表的结点删除操作

如果要删除结点P的后继结点，我们只需要一行代码就可以搞定

p->next = p->next->next;

4、删除链表中的最后一个结点

跟插入类似

if (head->next == null) {
   head = null;
}

从前面的一步一步分析，我们可以看出，针对链表的插入、删除操作，需要对插入第一个结点和删除最后一个结点的情况进行特殊处理。这样代码实现起来就会很繁琐，不简洁，而且也容易因为考虑不全而出错。如何来解决这个问题呢？

2、解决问题

1、什么是哨兵

2、带头的链表和不带头的链表

我画了一个带头链表，你可以发现，哨兵结点是不存储数据的。因为哨兵结点一直存在，所以插入第一个结点和插入其他结点，删除最后一个结点和删除其他结点，都可以统一为相同的代码实现逻辑了。

3、哨兵简化了编程的难度

我再举一个非常简单的例子。代码我是用C语言语实现的，不涉及语言方面的高级语法、很容易看懂，你可以类比到你熟悉的语。

代码一

// 在数组 a 中，查找 key，返回 key 所在的位置
// 其中，n 表示数组 a 的长度
int find(char* a, int n, char key) {
  // 边界条件处理，如果 a 为空，或者 n<=0，说明数组中没有数据，就不用 while 循环比较了
  if(a == null || n <= 0) {
    return -1;
  }
  
  int i = 0;
  // 这里有两个比较操作：i<n 和 a[i]==key.
  while (i < n) {
    if (a[i] == key) {
      return i;
    }
    ++i;
  }
  
  return -1;
}

代码二

// 在数组 a 中，查找 key，返回 key 所在的位置
// 其中，n 表示数组 a 的长度
// 我举 2 个例子，你可以拿例子走一下代码
// a = {4, 2, 3, 5, 9, 6}  n=6 key = 7
// a = {4, 2, 3, 5, 9, 6}  n=6 key = 6
int find(char* a, int n, char key) {
  if(a == null || n <= 0) {
    return -1;
  }
  
  // 这里因为要将 a[n-1] 的值替换成 key，所以要特殊处理这个值
  if (a[n-1] == key) {
    return n-1;
  }
  
  // 把 a[n-1] 的值临时保存在变量 tmp 中，以便之后恢复。tmp=6。
  // 之所以这样做的目的是：希望 find() 代码不要改变 a 数组中的内容
  char tmp = a[n-1];
  // 把 key 的值放到 a[n-1] 中，此时 a = {4, 2, 3, 5, 9, 7}
  a[n-1] = key;
  
  int i = 0;
  // while 循环比起代码一，少了 i<n 这个比较操作
  while (a[i] != key) {
    ++i;
  }
  
  // 恢复 a[n-1] 原来的值, 此时 a= {4, 2, 3, 5, 9, 6}
  a[n-1] = tmp;
  
  if (i == n-1) {
    // 如果 i == n-1 说明，在 0...n-2 之间都没有 key，所以返回 -1
    return -1;
  } else {
    // 否则，返回 i，就是等于 key 值的元素的下标
    return i;
  }
}

对比两段代码，在字符串a很⻓的时候，比如几万、几十万，你觉得哪段代码运行得更快点呢？答案是代码二，因为两段代码中执行次数最多就是while循环那一部分。第二段代码中，我们通过⼀个哨兵a[n-1] = key
，成功省掉了一个个⽐较语句i<n，不要小看这一条语句，当累积执行万次、几十万次时，累积的时间就很明显了。

当然，这只是为了举例说明哨兵的作用，你写代码的时候千万不要写第⼆段那样的代码，因为可读性太差了。大部分情况下，我们并不需要如此追求极致的性能。

技巧四：重点留意边界条件处理

1、我们经常用来检查链表代码是否正确的边界条件有这样几个

2、针对不同的场景

技巧五：举例画图、辅助思考

你可以找个个具体的例子，把它画在纸上，释放一些脑容量，留更多的给逻辑思考，这样就会感觉到思路清晰很多。比如往单链表中插入一个数据这样一个操作，我一般都是把各种情况都举一个例子，画
出插入前和插入后的链表变化，如图所示：

看图写代码，是不是就简单多啦，而且我们写完代码之后，也可以举几个例子、画在纸上，照着代码走一遍，很容易就能发现代码中的Bug

技巧六：多写多练，没有捷径

如果你已经理解并掌握了我前面所讲的方法法，但是手写链表代码还是会出现各种各样的错误，也不要着急。因为我最开始学的时候，这种状况也持续了一段时间。

现在我写这些代码，简直就和“玩儿”一样，其实也没有什么技巧，就是把常见的链表操作都自己多写几遍，出问题就一点一点调试，熟能生巧！

所以，我精选了5个常⻅的链表操作。你只要把这几个操作都能写熟练，不熟就多写几遍，我保证你之后再也不会害怕写链表代码。

1. 单链表反转
2. 链表中环的检测
3. 两个有序的链表合并
4. 删除链表倒数第n个结点
5. 求链表的中间结点

我觉得写链表代码是最考验逻辑思维能力的，因为链表代码导出都是指针的操作、边界条件的处理，稍有不慎就容易产生Bug链表代码写的好坏，可以看出一个人写代码是否够细心，

考虑问题是否全面、思维是否缜密、所以，这也是很多面试官喜欢让人手写链表代码的原因，所以，这一节讲到的东西，你一定要自己写代码实现一下，才有效果