链表的基本操作III

前言

在前两个章节中，我们学习了如何往链表的尾部添加节点以及打印链表的第m个节点，如果只是往链表的尾部添加节点，那链表和数组也没有什么差异了，之前我们也提到过，往数组的中间插入一个元素，后续所有元素都需要往后挪动一位，而链表则不必这么麻烦，那往链表的中间添加或者删除一个节点具体应该怎么做呢？

插入链表的过程

我们可以假设这样一个场景：在传递情报过程中，A的下线是B, 也就是A -> next = B, 现在我们要引入一个C充当A和B之间的中间人，A的下线是C, C的下线是B，我们可以直接将A的next指向C，即A -> next = C, 然后将C的next指向B, 但是B无法直接表示，之前是用A -> next来表示B的，现在A -> next已经指向C了，所以在操作之前，我们需要实现定义一个变量保存B，假设为tmp, 然后将C的next指针指向B即可。

在链表中，具体插入的过程如下：

找到要插入的位置的前一个节点，将之命名为cur, 要插入的位置的下一个节点，将之命名为tmp, 它们之间的关系是cur -> next = tmp
创建一个新的链表newNode, 将cur的next指针指向newNode，即cur -> next = nowNode
将newNode的next指针指向tmp, 即newNode -> next = tmp

这样就完成了链表节点的插入过程。转换成代码如下：

// 创建了一个新的 ListNode 结构的节点，值为x, 并将其地址赋给指针 newNode
ListNode *newNode = new ListNode(x);
// 创建了一个名为 tmp 的指针，临时存储当前节点 cur 的下一个节点的地址。
ListNode *tmp = cur ->next;
// 将当前节点 cur 的 next 指针更新为指向新节点 newNode，将新节点插入到当前节点后面。
cur->next = newNode;
// 将新节点 newNode 的 next 指针设置为指向之前临时存储的节点 tmp
newNode->next = tmp;

删除链表的过程

删除链表的过程则比较简单，只需要找到删除节点的前一个节点cur, 并将其next 指针设置为指向当前节点的下下个节点，从而跳过了下一个节点，实现了节点的删除操作。

// cur->next 表示当前节点 cur 的下一个节点
// cur->next->next 表示要删除的节点的下一个节点
// 当前节点 cur 的 next 指针不再指向要删除的节点，而是指向了要删除节点的下一个节点
cur->next = cur->next->next;

打印链表

在函数内部，定义了一个名为 cur 的指针，它初始化为指向 head，即链表的头节点。

什么时候链表迭代到最后一个节点呢？检查当前节点 cur 的下一个节点是否存在（不为 NULL）, 当前节点的下一个节点为NULL时说明下一个节点为空节点，即链表的末尾。

while(cur -> next != NULL) {
  
}

在循环体内，打印当前节点 cur 的下一个节点（cur->next）的值（val）。接下来，将 cur 更新为指向链表中的下一个节点，以便在下一次循环中打印下一个节点的值。

while (cur->next != NULL) {
    cout << cur->next->val << " ";
    cur = cur -> next;
}

循环体结束时，表示已经遍历完了整个链表。最后打印一个换行符，用于分隔不同的输出行。

// 打印链表
void printLinklist(ListNode* head) {
    ListNode* cur = head;
    while (cur->next != NULL) {
        cout << cur->next->val << " ";
        cur = cur -> next;
    }
    cout << endl;
}

代码编写

我们照例，先把代码的基础结构以及定义链表的结构体写出来。

#include <iostream>
using namespace std;
struct ListNode {
    int val;
    ListNode *next;
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
};
int main() {
  
}

首先，需要接收整数k, 表示需要构建链表的长度

int main() {
  int k, val; // k表示链表长度，val表示构建链表时输入的值
  cin >> k;
}

然后我们需要构建一个长度为k的链表，在构建链表之前，可以先创建一个虚拟头节点以及初始化一个指针cur指向虚拟头节点，方便后续节点的接入。

ListNode* dummyHead = new ListNode(0); // 创建了一个虚拟头结点
ListNode* cur = dummyHead; // 定义一个指向当前节点的指针 cur，初始指向虚拟头结点
for (int i = 0; i < k; i++) { // 或者使用while(n--)
    cin >> val;
    ListNode *newNode = new ListNode(val); // 构造一个新的节点
    cur -> next = newNode; // 将新节点接入链表
    cur = cur -> next;      // cur 指向下一个节点
}

之后，需要接收一个整数s表示s行输入，每行两个整数，第一个整数为 n，第二个整数为 x ，代表在链表的第 n 个位置插入 x。

int s, n, x; // s表示s行输入，n代表插入位置，x代表插入元素的值
cin >> s; // 输入s
while (s--) {
    cin >> n >> x; // 输入n和x

}

题目中要求，插入位置不合法时，输出"Insertion position is invalid."

什么时候才会插入位置不合法呢，当插入的位置n是一个小于等于0的数或者n大于链表的长度时，插入位置不合法。

⚠️ 需要注意，插入后链表的长度会变化，所以我们可以提前定义一个变量listLen指代链表的长度

int listLen = k; // 定义链表的长度

if (n <= 0 || n > listLen) { // 当要插入的位置非法时
    cout << "Insertion position is invalid." << endl; // 输出错误提示
    continue;
}

如果不满足上面的if语句，说明插入的位置合法，后续执行的操作是完成插入以及打印链表。

插入链表节点的过程在前面已经描述过，只需找到需要插入位置的前一个节点即可, 也就是第n-1个节点，从虚拟头节点开始遍历，需要走n-1步

// 指针重新指向虚拟头结点，准备用cur遍历链表
cur = dummyHead;
// 寻找添加节点的位置，i从1开始，
for (int i = 1; i < n; i++) {
   cur = cur->next;
}

插入节点的代码直接拿来使用即可，不要忘记将链表长度加1

// 插入节点
ListNode *newNode = new ListNode(x); // 构造一个新的节点
ListNode *tmp = cur ->next;
cur->next = newNode;
newNode->next = tmp;

// 链表长度加1
listLen++;

接着完成打印链表即可

// 打印链表
printLinklist(dummyHead);

链表节点删除的前置步骤类型，需要接收一个整数 L，表示后续会有 L 行输入，每行一个整数 m，代表删除链表中的第 m 个元素。

int l,m;
cin >> l;
while (l--) {
    cin >> m;
}

判断是否是非法输入

if (m <= 0 || m > listLen) {
    cout << "Deletion position is invalid." << endl;
    continue;
}

找到要删除节点的前一个节点

// 指针重新指向虚拟头结点，准备用cur遍历链表
cur = dummyHead;

//开始寻找删除节点的位置，i从1开始，因为节点计数从1开始
for (int i = 1; i < m; i++) cur = cur->next;

// 删除节点
cur->next = cur->next->next;

listLen--; // 链表长度减一

// 如果删除节点后链表为空则不打印
if (listLen != 0) printLinklist(dummyHead);

完整的代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;
struct ListNode {
    int val;
    ListNode* next;
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
};
// 打印链表
void printLinklist(ListNode* dummyHead) {
    ListNode* cur = dummyHead;
    while (cur->next != NULL) {
        cout << cur->next->val << " ";
        cur = cur -> next;
    }
    cout << endl;
}
int main() {
    int k, val;
    ListNode* dummyHead = new ListNode(0); // 创建了一个虚拟头结点
    cin >> k;
    int listLen = k; //记录链表长度，用来控制非法输入输出
    ListNode* cur = dummyHead; // 定义一个指向当前节点的指针 cur，初始指向虚拟头结点
    for (int i = 0; i < k; i++) { // 或者使用while(n--)
        cin >> val;
        ListNode* newNode = new ListNode(val); // 构造一个新的节点
        cur -> next = newNode; // 将新节点接入链表
        cur = cur -> next;      // cur 指向下一个节点
    }
    // 增加节点
    int s, n, x;
    cin >> s;
    while (s--) {
        cin >> n >> x;
        if (n <= 0 || n > listLen) { // 当要插入的位置非法时
            cout << "Insertion position is invalid." << endl;
            continue;
        }
        // 指针重新指向虚拟头结点，准备用cur遍历链表
        cur = dummyHead;

        // 寻找添加节点的位置，i从1开始，因为节点计数从1开始
        // 如果这个for循环看不懂，可以模拟一下n为1，链表长度为1的场景
        for (int i = 1; i < n; i++) cur = cur->next;

        // 插入节点
        ListNode* newNode = new ListNode(x); // 构造一个新的节点
        ListNode* tmp = cur ->next;
        cur->next = newNode;
        newNode->next = tmp;

        // 链表长度加1
        listLen++;

        // 打印链表
        printLinklist(dummyHead);

    }

    // 删除节点
    int l,m;
    cin >> l;
    while (l--) {
        cin >> m;
        if (m <= 0 || m > listLen) {
            cout << "Deletion position is invalid." << endl;
            continue;
        }
        // 指针重新指向虚拟头结点，准备用cur遍历链表
        cur = dummyHead;

        //开始寻找删除节点的位置，i从1开始，因为节点计数从1开始
        for (int i = 1; i < m; i++) cur = cur->next;

        // 删除节点
        cur->next = cur->next->next;

        listLen--; // 链表长度减一

        // 如果删除节点后链表为空则不打印
        if (listLen != 0) printLinklist(dummyHead);
    }
}