刷过力扣的读者肯定对单链表非常熟悉，力扣上的单链表节点定义如下：
class ListNode {
int val;
ListNode next;
ListNode(int x) { val = x; }
}
// 注意：cpp 代码由 chatGPT🤖 根据我的 java 代码翻译，旨在帮助不同背景的读者理解算法逻辑。
// 本代码不保证正确性，仅供参考。如有疑惑，可以参照我写的 java 代码对比查看。
class ListNode {
public:
int val;
ListNode *next;
ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
};
# 注意：python 代码由 chatGPT🤖 根据我的 java 代码翻译，旨在帮助不同背景的读者理解算法逻辑。
# 本代码不保证正确性，仅供参考。如有疑惑，可以参照我写的 java 代码对比查看。
class ListNode:
def __init__(self, x):
self.val = x
self.next = None
// 注意：go 代码由 chatGPT🤖 根据我的 java 代码翻译，旨在帮助不同背景的读者理解算法逻辑。
// 本代码不保证正确性，仅供参考。如有疑惑，可以参照我写的 java 代码对比查看。
type ListNode struct {
Val int
Next *ListNode
}
func NewListNode(x int) *ListNode {
return &ListNode{Val: x}
}
// 注意：javascript 代码由 chatGPT🤖 根据我的 java 代码翻译，旨在帮助不同背景的读者理解算法逻辑。
// 本代码不保证正确性，仅供参考。如有疑惑，可以参照我写的 java 代码对比查看。
function ListNode(val) {
var val;
var next;
this.val = val;
this.next = null;
}
这仅仅是一个最简单的单链表节点，方便力扣出算法题来考你。在实际的编程语言中，我们使用的链表节点会稍微复杂一点，类似这样：
private static class Node<E> {
E val;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.val = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
主要区别有两个：
1、编程语言标准库一般都会提供泛型，即你可以指定 val 字段为任意类型，而力扣的单链表节点的 val 字段只有 int 类型。
2、编程语言标准库一般使用的都是双链表而非单链表。单链表节点只有一个 next 指针，指向下一个节点；而双链表节点有两个指针，prev 指向前一个节点，next 指向下一个节点。
有了 prev 前驱指针，链表支持双向遍历，但由于要多维护一个指针，增删查改时会稍微复杂一些，后面带大家实现双链表时会具体介绍。
为什么需要链表
前面介绍了 数组（顺序存储）的底层原理，说白了就是一块连续的内存空间，有了这块内存空间的首地址，就能直接通过索引计算出任意位置的元素地址。
链表不一样，一条链表并不需要一整块连续的内存空间存储元素。链表的元素可以分散在内存空间的天涯海角，通过每个节点上的 next, prev 指针，将零散的内存块串联起来形成一个链式结构。
这样做的好处很明显，首先就是可以提高内存的利用效率，链表的节点不需要挨在一起，给点内存 new 出来一个节点就能用，操作系统会觉得这娃好养活。
另外一个好处，它的节点要用的时候就能接上，不用的时候拆掉就行了，从来不需要考虑扩缩容和数据搬移的问题，理论上讲，链表是没有容量限制的（除非把所有内存都占满，这不太可能）。
当然，不可能只有好处没有局限性。数组最大的优势是支持通过索引快速访问元素，而链表就不支持。
这个不难理解吧，因为元素并不是紧挨着的，所以如果你想要访问第 3 个链表元素，你就只能从头结点开始往顺着 next 指针往后找，直到找到第 3 个节点才行。
上面是对链表这种数据结构的基本介绍，接下来我们就结合代码实现单/双链表的几个基本操作。
单链表的基本操作
我先写一个工具函数，用于创建一条单链表，方便后面的讲解：
class ListNode {
int val;
ListNode next;
ListNode(int x) { val = x; }
}
// 输入一个数组，转换为一条单链表
ListNode createLinkedList(int[] arr) {
if (arr == null || arr.length == 0) {
return null;
}
ListNode head = new ListNode(arr[0]);
ListNode cur = head;
for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
cur.next = new ListNode(arr[i]);
cur = cur.next;
}
return head;
}
// 注意：cpp 代码由 chatGPT🤖 根据我的 java 代码翻译，旨在帮助不同背景的读者理解算法逻辑。
// 本代码不保证正确性，仅供参考。如有疑惑，可以参照我写的 java 代码对比查看。
struct ListNode
{
int val;
ListNode *next;
ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
};
// 输入一个数组，转换为一条单链表
ListNode* createLinkedList(vector<int>& arr)
{
if (arr.empty())
{
return NULL;
}
ListNode* head = new ListNode(arr[0]);
ListNode* cur = head;
for (int i = 1; i < arr.size(); i++)
{
cur->next = new ListNode(arr[i]);
cur = cur->next;
}
return head;
}
# 注意：python 代码由 chatGPT🤖 根据我的 java 代码翻译，旨在帮助不同背景的读者理解算法逻辑。
# 本代码不保证正确性，仅供参考。如有疑惑，可以参照我写的 java 代码对比查看。
class ListNode:
def __init__(self, x):
self.val = x
self.next = None
# 输入一个数组，转换为一条单链表
def createLinkedList(arr: 'List[int]') -> 'ListNode':
if arr is None or len(arr) == 0:
return None
head = ListNode(arr[0])
cur = head
for i in range(1, len(arr)):
cur.next = ListNode(arr[i])
cur = cur.next
return head
// 注意：go 代码由 chatGPT🤖 根据我的 java 代码翻译，旨在帮助不同背景的读者理解算法逻辑。
// 本代码不保证正确性，仅供参考。如有疑惑，可以参照我写的 java 代码对比查看。
type ListNode struct {
Val int
Next *ListNode
}
// 输入一个数组，转换为一条单链表
func createLinkedList(arr []int) *ListNode {
if arr == nil || len(arr) == 0 {
return nil
}
head := &ListNode{Val: arr[0]}
cur := head
for i := 1; i < len(arr); i++ {
cur.Next = &ListNode{Val: arr[i]}
cur = cur.Next
}
return head
}
// 注意：javascript 代码由 chatGPT🤖 根据我的 java 代码翻译，旨在帮助不同背景的读者理解算法逻辑。
// 本代码不保证正确性，仅供参考。如有疑惑，可以参照我写的 java 代码对比查看。
var ListNode = function(x) {
this.val = x;
this.next = null;
};
// 输入一个数组，转换为一条单链表
var createLinkedList = function(arr) {
if (arr == null || arr.length == 0) {
return null;
}
var head = new ListNode(arr[0]);
var cur = head;
for (var i = 1; i < arr.length; i++) {
cur.next = new ListNode(arr[i]);
cur = cur.next;
}
return head;
}
查/改
单链表的遍历/查找/修改
比方说，我想访问单链表的每一个节点，并打印其值，可以这样写：
// 创建一条单链表
ListNode head = createLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 遍历单链表
for (ListNode p = head; p != null; p = p.next) {
System.out.println(p.val);
}
类似的，如果是要通过索引访问或修改链表中的某个节点，也只能用 for 循环从头结点开始往后找，直到找到索引对应的节点，然后进行访问或修改。
增
在单链表头部插入新元素
直接看代码吧，很简单：
// 创建一条单链表
ListNode head = createLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 在单链表头部插入一个新节点 0
ListNode newHead = new ListNode(0);
newHead.next = head;
head = newHead;
// 现在链表变成了 0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5
在单链表尾部插入新元素
这个操作稍微复杂一点，因为我们要先从头结点开始遍历到链表的最后一个节点，然后才能在最后一个节点后面再插入新节点：
// 创建一条单链表
ListNode head = createLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 在单链表尾部插入一个新节点 6
ListNode p = head;
// 先走到链表的最后一个节点
while (p.next != null) {
p = p.next;
}
// 现在 p 就是链表的最后一个节点
// 在 p 后面插入新节点
p.next = new ListNode(6);
// 现在链表变成了 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6
当然，如果我们持有对链表尾节点的引用，那么在尾部插入新节点的操作就会变得非常简单，不用每次从头去遍历了。这个优化会在后面具体实现双链表时介绍。
在单链表中间插入新元素
这个操作稍微有点复杂，我们还是要先找到要插入位置的前驱节点，然后操作前驱节点把新节点插入进去：
// 创建一条单链表
ListNode head = createLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 在第 3 个节点后面插入一个新节点 66
// 先要找到前驱节点，即第 3 个节点
ListNode p = head;
for (int i = 0; i < 2; i++) {
p = p.next;
}
// 此时 p 指向第 3 个节点
// 组装新节点的后驱指针
ListNode newNode = new ListNode(66);
newNode.next = p.next;
// 插入新节点
p.next = newNode;
// 现在链表变成了 1 -> 2 -> 3 -> 66 -> 4 -> 5
删
在单链表中删除一个节点
删除一个节点，首先要找到要被删除节点的前驱节点，然后把这个前驱节点的 next 指针指向被删除节点的下一个节点。这样就能把被删除节点从链表中摘除了。
// 创建一条单链表
ListNode head = createLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 删除第 4 个节点，要操作前驱节点
ListNode p = head;
for (int i = 0; i < 2; i++) {
p = p.next;
}
// 此时 p 指向第 3 个节点，即要删除节点的前驱节点
// 把第 4 个节点从链表中摘除
p.next = p.next.next;
// 现在链表变成了 1 -> 2 -> 3 -> 5
在单链表尾部删除元素
这个操作比较简单，找到倒数第二个节点，然后把它的 next 指针置为 null 就行了：
// 创建一条单链表
ListNode head = createLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 删除尾节点
ListNode p = head;
// 找到倒数第二个节点
while (p.next.next != null) {
p = p.next;
}
// 此时 p 指向倒数第二个节点
// 把尾节点从链表中摘除
p.next = null;
// 现在链表变成了 1 -> 2 -> 3 -> 4
在单链表头部删除元素
这个操作比较简单，直接把 head 移动到下一个节点就行了，直接看代码吧：
// 创建一条单链表
ListNode head = createLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 删除头结点
head = head.next;
// 现在链表变成了 2 -> 3 -> 4 -> 5
不过可能有读者疑惑，之前那个旧的头结点 1 的 next 指针依然指向着节点 2，这样会不会造成内存泄漏？
不会的，这个节点 1 指向其他的节点是没关系的，只要保证没有其他引用指向这个节点 1，它就能被垃圾回收器回收掉。
当然，如果你非要显式把节点 1 的 next 指针置为 null，这是个很好的习惯，在其他场景中可能可以避免指针错乱的潜在问题。
在下面这个可视化面板中，我显式地把待删除节点的 next 指针置为 null 了：
是不是觉得复杂？
链表的增删查改操作确实比数组复杂。这是因为链表的节点不是紧挨着的，所以要增删一个节点，必须先找到它的前驱和后驱节点进行协同，然后才能通过指针操作把它插入或删除。
上面给出的代码还仅仅是最简单的例子，你会发现在头部、尾部、中间增删元素的代码都不一样。如果要实现一个真正可用的链表，你还要考虑到很多边界情况，比如链表可能为空、前后驱节点可能为空等，这些情况都得保证不出错。
而且，上面只是介绍了「单链表」，而我们下一章要实现的是「双链表」，双链表要同时维护前驱和后驱指针，指针操作会更复杂一些。
是不是已经不敢想了？不要怕，其实没你想的那么难，几个原因：
1、其实搞来搞去就那几个操作，等会儿带你动手实现链表 API 的时候，你亲自写一写，就会了。
2、复杂操作我都配了可视化面板，你可以结合面板中的代码和动画进行理解。
3、最重要的，我们会使用「虚拟头结点」技巧，把头、尾、中部的操作统一起来，同时还能避免处理头尾指针为空情况的边界情况。
虚拟节点技巧我在 链表双指针技巧汇总 中讲过，待会儿动手实现双链表的时候也会具体讲，这里就简单提一下。
双链表的基本操作
我先写一个工具函数，用于创建一条双链表，方便后面的讲解：
class DoublyListNode {
int val;
DoublyListNode next, prev;
DoublyListNode(int x) { val = x; }
}
DoublyListNode createDoublyLinkedList(int[] arr) {
if (arr == null || arr.length == 0) {
return null;
}
DoublyListNode head = new DoublyListNode(arr[0]);
DoublyListNode cur = head;
// for 循环迭代创建双链表
for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
DoublyListNode newNode = new DoublyListNode(arr[i]);
cur.next = newNode;
newNode.prev = cur;
cur = cur.next;
}
return head;
}
// 注意：cpp 代码由 chatGPT🤖 根据我的 java 代码翻译，旨在帮助不同背景的读者理解算法逻辑。
// 本代码不保证正确性，仅供参考。如有疑惑，可以参照我写的 java 代码对比查看。
class DoublyListNode {
public:
int val;
DoublyListNode *next, *prev;
DoublyListNode(int x) : val(x), next(NULL), prev(NULL) {}
};
DoublyListNode* createDoublyLinkedList(vector<int>& arr) {
// 当数组为空或者长度为0, 返回null
if (arr.empty()) {
return NULL;
}
DoublyListNode* head = new DoublyListNode(arr[0]);
DoublyListNode* cur = head;
// for 循环迭代创建双链表
for (int i = 1; i < arr.size(); i++) {
DoublyListNode* newNode = new DoublyListNode(arr[i]);
cur->next = newNode;
newNode->prev = cur;
cur = cur->next;
}
return head;
}
# 注意：python 代码由 chatGPT🤖 根据我的 java 代码翻译，旨在帮助不同背景的读者理解算法逻辑。
# 本代码不保证正确性，仅供参考。如有疑惑，可以参照我写的 java 代码对比查看。
class DoublyListNode:
def __init__(self, x):
self.val = x
self.next = None
self.prev = None
def createDoublyLinkedList(arr: List[int]) -> Optional[DoublyListNode]:
if not arr:
return None
head = DoublyListNode(arr[0])
cur = head
# for 循环迭代创建双链表
for val in arr[1:]:
new_node = DoublyListNode(val)
cur.next = new_node
new_node.prev = cur
cur = cur.next
return head
// 注意：go 代码由 chatGPT🤖 根据我的 java 代码翻译，旨在帮助不同背景的读者理解算法逻辑。
// 本代码不保证正确性，仅供参考。如有疑惑，可以参照我写的 java 代码对比查看。
type DoublyListNode struct {
Val int
Prev, Next *DoublyListNode
}
func NewDoublyListNode(x int) *DoublyListNode {
return &DoublyListNode{Val: x}
}
func CreateDoublyLinkedList(arr []int) *DoublyListNode {
if arr == nil || len(arr) == 0 {
return nil
}
head := NewDoublyListNode(arr[0])
cur := head
// for 循环迭代创建双链表
for i := 1; i < len(arr); i++ {
newNode := NewDoublyListNode(arr[i])
cur.Next = newNode
newNode.Prev = cur
cur = cur.Next
}
return head
}
// 注意：javascript 代码由 chatGPT🤖 根据我的 java 代码翻译，旨在帮助不同背景的读者理解算法逻辑。
// 本代码不保证正确性，仅供参考。如有疑惑，可以参照我写的 java 代码对比查看。
function DoublyListNode(x) {
this.val = x;
this.next = this.prev = null;
}
var createDoublyLinkedList = function(arr) {
if (arr === null || arr.length === 0) {
return null;
}
var head = new DoublyListNode(arr[0]);
var cur = head;
// for 循环迭代创建双链表
for (var i = 1; i < arr.length; i++) {
var newNode = new DoublyListNode(arr[i]);
cur.next = newNode;
newNode.prev = cur;
cur = cur.next;
}
return head;
}
查/改
双链表的遍历/查找/修改
对于双链表的遍历和查找，我们可以从头节点或尾节点开始，根据需要向前或向后遍历：
// 创建一条双链表
DoublyListNode head = createDoublyLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 从头遍历双链表
for (DoublyListNode p = head; p != null; p = p.next) {
System.out.println(p.val);
}
// 从尾遍历双链表（假设我们有尾节点的引用 tail）
for (DoublyListNode p = tail; p != null; p = p.prev) {
System.out.println(p.val);
}
访问或修改节点时，可以根据索引是靠近头部还是尾部，选择合适的方向遍历，这样可以一定程度上提高效率。
增
在双链表头部插入新元素
在双链表头部插入元素，需要调整新节点和原头节点的指针：
// 创建一条双链表
DoublyListNode head = createDoublyLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 在双链表头部插入新节点 0
DoublyListNode newHead = new DoublyListNode(0);
newHead.next = head;
head.prev = newHead;
head = newHead;
// 现在链表变成了 0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5
在双链表尾部插入新元素
在双链表尾部插入元素时，如果我们持有尾节点的引用，这个操作会非常简单：
// 创建一条双链表
DoublyListNode head = createDoublyLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
DoublyListNode tail = head;
// 先走到链表的最后一个节点
while (tail.next != null) {
tail = tail.next;
}
// 在双链表尾部插入新节点 6
DoublyListNode newNode = new DoublyListNode(6);
tail.next = newNode;
newNode.prev = tail;
// 更新尾节点引用
tail = newNode;
// 现在链表变成了 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6
在双链表中间插入新元素
在双链表的指定位置插入新元素需要调整前驱节点和后继节点的指针：
// 创建一条双链表
DoublyListNode head = createDoublyLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 在第 3 个节点后面插入新节点 66
// 找到第 3 个节点
DoublyListNode p = head;
for (int i = 0; i < 2; i++) {
p = p.next;
}
// 组装新节点
DoublyListNode newNode = new DoublyListNode(66);
newNode.next = p.next;
newNode.prev = p;
// 插入新节点
p.next.prev = newNode;
p.next = newNode;
// 现在链表变成了 1 -> 2 -> 3 -> 66 -> 4 -> 5
删
在双链表中删除一个节点
在双链表中删除节点时，需要调整前驱节点和后继节点的指针来摘除目标节点：
// 创建一条双链表
DoublyListNode head = createDoublyLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 删除第 4 个节点
// 先找到第 3 个节点
DoublyListNode p = head;
for (int i = 0; i < 2; i++) {
p = p.next;
}
// 现在 p 指向第 3 个节点，我们它后面那个节点摘除出去
DoublyListNode toDelete = p.next;
// 把 toDelete 从链表中摘除
p.next = toDelete.next;
toDelete.next.prev = p;
// 把 toDelete 的前后指针都置为 null 是个好习惯（可选）
toDelete.next = null;
toDelete.prev = null;
// 现在链表变成了 1 -> 2 -> 3 -> 5
在双链表头部删除元素
在双链表头部删除元素需要调整头节点的指针：
// 创建一条双链表
DoublyListNode head = createDoublyLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 删除头结点
DoublyListNode toDelete = head;
head = head.next;
head.prev = null;
// 清理已删除节点的指针
toDelete.next = null;
// 现在链表变成了 2 -> 3 -> 4 -> 5
在双链表尾部删除元素
在单链表中，由于缺乏前驱指针，所以删除尾节点时需要遍历到倒数第二个节点，操作它的 next 指针，才能把尾节点摘除出去。
但在双链表中，由于每个节点都存储了前驱节点的指针，所以我们可以直接操作尾节点，把它自己从链表中摘除：
// 创建一条双链表
DoublyListNode head = createDoublyLinkedList(new int[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 删除尾节点
DoublyListNode p = head;
// 找到尾结点
while (p.next != null) {
p = p.next;
}
// 现在 p 指向尾节点
// 把尾节点从链表中摘除
p.prev.next = null;
// 把被删结点的指针都断开是个好习惯（可选）
p.prev = null;
// 现在链表变成了 1 -> 2 -> 3 -> 4
接下来
在下一篇文章中，我们分别用单链表和双链表实现一个拥有增删查改等基本操作的 MyLinkedList，并且会使用「虚拟头结点」技巧简化代码逻辑，避免处理头尾指针为空情况的边界情况。