链表（Linked List）是一种基础的数据结构，是程序设计中用来存储数据的典型方法之一。链表特别适合插入和删除操作频繁的场景，是了解数据结构和算法的基础。本文将从零开始，带大家了解链表的底层原理、类型（单链表、双链表、循环链表等）、头指针的作用，以及链表和顺序表的对比分析，助你快速掌握链表的核心概念。
链表是一种线性结构，类似于顺序表（即数组），但与顺序表不同的是，链表中的元素存储位置不一定连续。链表由若干个节点（Node）组成，每个节点包含两个部分：
链表的结构使得它在需要频繁增删操作时，能比顺序表更高效。因为链表的元素不必是连续的，这也避免了在内存中进行大规模的搬移。
单链表（Singly Linked List）是链表中最简单的一种形式，每个节点仅包含一个指向下一个节点的指针。单链表具有以下特点：
null。例如，下图描述了一个单链表的结构：
Head -> Node1 -> Node2 -> Node3 -> null
单链表的优缺点：
双链表（Doubly Linked List）是一种在每个节点中包含两个指针的链表结构：一个指向下一个节点，另一个指向上一个节点。双链表的特点包括：
双链表的结构如下：
null <- Node1 <-> Node2 <-> Node3 -> null
双链表的优缺点：
循环链表（Circular Linked List）是一种特殊的链表类型，它的尾节点指针并不指向空，而是指回到链表的头节点，形成一个环形结构。与传统链表不同，循环链表没有明确的“开始”和“结束”，因为从任何节点出发，都可以沿着链表回到起始节点。循环链表可以是单向循环链表，也可以是双向循环链表，分别称为“单向循环链表”和“双向循环链表”。
单向循环链表的结构类似于单链表，但其尾节点的 next 指针指向头节点，而非 null。例如：
Head -> Node1 -> Node2 -> Node3 -> Head
在单向循环链表中，从任何节点开始遍历都可以循环遍历整个链表。在实际应用中，单向循环链表常用于需要循环处理的场景，比如多用户轮流执行任务、队列循环使用等。
双向循环链表是双链表的循环形式，其中每个节点包含指向前一个节点和后一个节点的指针。最后一个节点的 next 指针指向头节点，而第一个节点的 prev 指针指向尾节点。其结构如下：
Head <-> Node1 <-> Node2 <-> Node3 <-> Head
双向循环链表比单向循环链表更为灵活，允许双向遍历链表，可以更加高效地实现一些特定操作。然而，这种灵活性是以更高的内存消耗和复杂的节点管理为代价的。
头指针（Head Pointer）在链表中扮演了重要的角色，特别是在管理链表结构时。头指针通常用于指向链表的第一个节点（也称为头节点），使我们能够通过它找到整个链表。在链表操作中，头指针的存在使得链表管理和操作更加便捷，也提高了代码的清晰度。
需要注意的是，头指针和头节点虽然听上去类似，但在链表结构中有本质区别：
某些链表中，头指针会指向一个特殊的头节点，该节点不存储任何实际数据（也称“哨兵节点”），用于简化链表的插入和删除操作。哨兵头节点使得链表操作更为统一，比如在空链表和单节点链表中不需要特殊处理。
head->next 的方式逐步遍历各个节点。null，表明链表为空。在进行链表操作时要注意检查头指针是否为空，以避免出现空指针异常。头指针在几乎所有的链表中都是不可或缺的，它在链表操作（插入、删除、查找等）中起到导航作用。例如，在实现栈或队列的数据结构时，链表结构的头指针可以分别作为栈顶或队列首部的标记，方便实现这些数据结构的快速访问和动态调整。
总结来说，头指针为链表操作提供了更高的灵活性和管理性，是链表中一个关键性的指针设置。通过合理利用头指针，可以更高效、简洁地完成链表相关的操作。
链表与顺序表（如数组）各有优缺点：
| 操作 | 链表 | 顺序表 |
|---|---|---|
| 插入与删除 | O(1)，只需调整指针 | O(n)，需搬移数据 |
| 访问 | O(n)，需遍历节点 | O(1)，直接访问 |
| 空间利用 | 动态分配，不浪费内存 | 固定大小，浪费或不足 |
| 逆序访问 | 不支持单链表逆序 | 支持 |
链表的时间复杂度与顺序表有显著不同：