链表数据结构实现与LeetCode 707题解析

1. 链表基础与题目解析

链表是一种基础但极其重要的数据结构，与数组的连续存储不同，链表通过指针将零散的内存块串联起来。这道LeetCode 707题要求我们实现一个完整的链表结构，包含五种基本操作。作为面试高频题，它考察的是对链表核心操作的掌握程度。

链表通常分为单链表、双链表和循环链表三种。本题实现的是带虚拟头节点的单链表，这种设计能统一头节点和其他节点的操作逻辑，减少边界条件判断。虚拟头节点（dummy node）是一个不存储实际数据的节点，其next指针指向真正的第一个节点。

题目要求的五个函数对应着链表的五大基础操作：

• 按索引获取节点值（Get）
• 头部插入（AddAtHead）
• 尾部插入（AddAtTail）
• 指定位置插入（AddAtIndex）
• 按索引删除（DeleteAtIndex）

2. 链表节点定义与初始化

链表的基础是节点结构体定义。在C++中我们这样定义：

cpp复制struct ListNode {
    int val;
    ListNode *next;
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
};

每个节点包含：

• val：存储整型数据
• next：指向下一个节点的指针

链表管理类设计：

cpp复制class MyLinkedList {
private:
    ListNode* dummyHead; // 虚拟头节点
    int size;           // 链表长度
public:
    MyLinkedList() {
        dummyHead = new ListNode(0); // 初始化虚拟头节点
        size = 0;
    }
    // 其他成员函数...
};

初始化时创建val为0的虚拟头节点，size初始化为0。这种设计有三大优势：

1. 统一插入/删除逻辑，无需特殊处理头节点
2. 通过size变量可以快速判断索引有效性
3. 减少空指针异常的风险

3. 获取节点操作的实现细节

获取第n个节点值的函数原型：

cpp复制int get(int index);

实现步骤：

1. 检查index有效性（0 ≤ index < size）
2. 从虚拟头节点开始遍历
3. 移动index+1次（因为包含虚拟头节点）
4. 返回当前节点的val

关键代码：

cpp复制int get(int index) {
    if (index < 0 || index >= size) return -1;
    ListNode* curr = dummyHead->next; // 从真实头节点开始
    while (index--) curr = curr->next;
    return curr->val;
}

时间复杂度：O(n)，最坏情况需要遍历整个链表
空间复杂度：O(1)，只使用常数空间

注意：链表索引从0开始计算，与数组一致。无效索引应返回-1。

4. 头部插入操作精讲

头部插入是最简单的插入操作，函数原型：

cpp复制void addAtHead(int val);

实现步骤：

1. 创建新节点
2. 新节点的nex