簡介
連結串列是一種和陣列不同的線性表結構，陣列的儲存使用了一組連續的記憶體空間，而連結串列通過連結的方式將零散的記憶體空間串聯起來使用。
連結串列的定義需要注意兩點：連結串列仍然是一個線性表結構；連結串列不使用連續的記憶體空間進行儲存。
因此，連結串列克服了陣列需要預先知道資料大小的缺點，並且能充分利用計算機記憶體空間，實現靈活的記憶體動態管理。
但連結串列也失去了快速隨機存取的優點，同時由於增加了結點的指標域，空間開銷較大。
基本概念
連結串列是通過指標將零散的記憶體塊串聯在一起的，這裡的記憶體塊被稱為連結串列的結點。
結點除了儲存資料之外，還會儲存下一個結點的地址，這個記錄下一個結點地址的指標被稱為後繼指標。在雙向連結串列中，還會儲存上一個結點的地址，這個記錄上一個結點地址的指標被稱為前驅指標。
連結串列中存在兩個比較特殊的結點，分別是第一個結點和最後一個結點。因此也給這兩個結點取了名稱，第一個結點被稱為頭結點，最後一個結點被稱為尾結點。
隨機儲存
把連結串列和陣列作比較，陣列具有快速隨機存取的優點，而連結串列是隨機存取效率非常低的資料結構。
如果通過下標去訪問連結串列中的結點，是不能使用定址公式的，只能通過頭結點作為入口，根據指標一個結點一個結點地依次遍歷，直到找到對應的結點。
綜合計算下來，連結串列做隨機訪問的時間複雜度為 \(O(n)\)，效率比陣列低得多。
插入、刪除
雖然連結串列沒有了陣列隨機存取的優點，但在插入、刪除結點的時候，效率比陣列高很多。
假設，要在連結串列中插入一個結點，在知道插入位置的前後兩個相鄰結點的前提下，只需將新結點的後繼指標指向下一個結點，然後將上一個結點的後繼指標指向這個新結點，即可完成插入結點的操作。刪除結點也是類似的操作，非常方便。
但是，插入、刪除結點時效率高的前提是知道操作位置的相鄰結點，否則仍需要從頭結點開始尋找到對應位置，這樣的效率會非常低。
五花八門的連結串列
連結串列有很多不同的型別，在上面說的都是最簡單的單向連結串列，複雜一點的還有雙向連結串列、迴圈連結串列。
單向連結串列
單向連結串列是最簡單的連結串列結構，它包含兩個域，一個資訊域和一個指標域。
資訊域儲存實際的資料，指標域儲存此結點的下一個結點位置。
在實際編碼中，為了方便，頭結點的資訊域是空的，其指標域儲存實際的第一個結點所在位置，尾結點的指標域一般會是 NULL 地址。
雙向連結串列
雙向連結串列是在單向連結串列的基礎上多增加了一個指標域，這個新增加的指標域會儲存上一個結點所在位置。
也就是說，在雙向連結串列中，除頭結點的任意結點都可以訪問到上一個結點，因此稱為雙向連結串列。
迴圈連結串列
迴圈連結串列是一個頭結點和尾結點連線在一起的特殊連結串列，通過單向連結串列或雙向連結串列都能夠實現。
迴圈連結串列的優點就是從連結串列的尾結點到頭結點非常方便，也方便處理具有環形結構特點的資料，如約瑟夫問題。
使用上的問題
陣列和連結串列如何選擇
僅特性和效率而言，陣列擁有快速隨機訪問的特性，連結串列可以快速插入、刪除。經常利用下標訪問元素可以使用陣列，經常插入、刪除元素可以使用連結串列。
但是，不能僅僅只用複雜度分析決定使用哪種資料結構。陣列簡單易用，而且能夠藉助 CPU 快取機制預讀陣列中的資料；而連結串列在記憶體中不是連續儲存的，對 CPU 快取不友好，沒辦法有效預讀。
陣列的缺點是資料大小固定，而且一經宣告要佔用整塊連續記憶體空間，如果宣告的陣列過大，系統可能沒有足夠的連續記憶體空間分配給它。即使是在 Java 中使用可以動態擴容的 ArrayList 型別，也存在擴容耗時的問題。而連結串列本身沒有大小的限制，天生支援動態擴容。
實現連結串列的技巧
編寫一個正確的連結串列是比較難的，但是其中也有一些技巧：
- 理解指標或引用的含義。將某個變數賦值給指標，實際上就是將這個變數的地址賦值給指標，或者反過來說，指標中儲存了這個變數的記憶體地址，這個記憶體地址儲存這個變數，通過指標能找到這個變數
- 警惕指標丟失。插入結點時，先將插入結點的後繼指標指向下一個結點，再把前一個結點的指標指向插入結點，這樣才不會丟失指標
- 避免記憶體洩漏。刪除結點時，要記得手動釋放記憶體空間
- 利用哨兵簡化實現難度。在實際開發當中，如果向空連結串列中插入第一個結點的時候，還需要判斷連結串列中是否已經存在頭結點，嵌入程式碼比較嚴重；但是，如果增加一個哨兵結點，哨兵結點的後繼指標指向頭結點，則可以省略這一步操作
- 重點留意邊界條件處理。當連結串列為空的時候，程式碼是否能正常工作？當連結串列只有一個結點的時候，程式碼是否能正常工作等等
- 舉例畫圖，輔助思考。連結串列的指標指向會比較複雜，這種情況可以通過舉例畫圖的辦法將各種情況列舉出來，這樣思路會更加清晰
- 多寫多練，熟能生巧。寫連結串列程式碼是非常考驗邏輯思維能力的，多多嘗試練習可以提高邏輯思維能力