高中信息技术（必选1）X1-04-03链表 - 链式存储知识点

高中信息技术（必选1）X1-04-03链表——链式存储知识点整理一、课程主要学习内容总结本课程聚焦链表的链式存储结构，核心围绕“链式存储的本质的是用节点串联实现数据存储与访问”展开。首先对比顺序存储（数组），引出链式存储的设计思路，明确链表由节点组成，每个节点包含数据域（存储数据）和指针域（存储下一个节点地址）；其次讲解链表的基本类型，重点掌握单链表，了解双向链表、循环链表的概念；接着学习单链表的核心操作，包括初始化、节点插入、节点删除、遍历、求长度等；最后探讨链式存储的优势与局限性，能结合场景选择合适的存储结构，理解链表在实际问题中的应用逻辑。二、需掌握的核心知识点知识点1：链式存储的基本概念与结构核心内容：①链式存储的定义：不要求数据元素在物理内存中连续存放，通过节点间的指针（引用）建立逻辑关联；②节点的结构：由数据域（data）和指针域（next）组成，数据域存储具体数据，指针域指向后续节点（单链表中）；③链表的表头（头节点/首元节点）：头节点是可选的空节点，用于简化操作，首元节点是存储第一个有效数据的节点；④链表与顺序存储（数组）的核心区别：物理存储是否连续、访问方式（随机访问vs顺序访问）、插入删除效率（低vs高）。练习题及答案解析练习题1：下列关于链式存储与顺序存储的说法，错误的是（）A.顺序存储中数据元素物理地址连续，链式存储中不连续B.顺序存储可通过下标随机访问元素，链式存储需遍历访问C.顺序存储插入元素时，无需移动其他元素D.链式存储无需预先分配固定内存空间答案：C解析：顺序存储中数据元素连续排列，插入元素时需移动插入位置后续的所有元素，以腾出存储空间，效率较低；A、B、D选项均为两者的正确区别，链式存储通过指针关联节点，物理地址不连续，需从表头开始遍历访问元素，且无需预先分配固定内存，可动态增减节点。练习题2：单链表中每个节点的组成部分是（）A.仅数据域B.仅指针域C.数据域和指针域D.数据域、指针域和表头答案：C解析：单链表的核心是节点，每个节点必须包含两个部分：数据域（用于存储具体的有效数据，如整数、字符串等）和指针域（用于存储下一个节点的地址或引用，实现节点间的串联）；表头是链表的起始标识，并非节点的组成部分，因此A、B、D错误。练习题3：简述头节点在单链表中的作用。答案：头节点是单链表中位于首元节点之前的可选空节点，其主要作用包括：①简化链表操作，避免处理首元节点插入、删除时的特殊情况（如空表时插入第一个节点，无需判断表头是否为空）；②统一链表的操作逻辑，使首元节点的操作与其他节点保持一致；③可存储链表的长度等附加信息（可选）。解析：头节点并非链表的必需组成部分，但引入后能显著降低代码复杂度。若没有头节点，当链表为空时插入第一个节点，或删除首元节点时，需要单独修改表头指针；有头节点后，无论链表是否为空，插入、删除操作的逻辑的统一，只需操作头节点的指针域即可。知识点2：单链表的基本操作（初始化、遍历、求长度）核心内容：①初始化：创建头节点（或首元节点），将表头指针指向头节点，头节点的指针域置空（表示链表为空）；②遍历：从表头开始，通过指针依次访问每个节点，直到指针域为空（尾节点），可用于输出所有元素、查找指定元素；③求长度：遍历链表，统计有效节点（首元节点及后续节点）的个数，遍历结束时的计数即为链表长度。练习题及答案解析练习题1：若要遍历一个单链表，正确的逻辑顺序是（）A.从尾节点开始，反向访问至表头B.从表头开始，通过节点指针依次访问至尾节点C.随机选择一个节点开始访问D.直接通过下标访问每个节点答案：B解析：单链表的节点通过指针域串联，仅能通过前一个节点访问后一个节点，无法反向访问（单链表无前驱指针），也无法随机访问（无下标）。因此遍历必须从表头开始，通过当前节点的指针域获取下一个节点地址，依次访问，直到指针域为空（表示到达尾节点），A、C、D错误。练习题2：已知一个单链表的节点依次为：1→3→5→7→9（首元节点为1，尾节点为9），遍历该链表时，输出的元素顺序是（）A.9→7→5→3→1B.1→3→5→7→9C.1→9→3→7→5D.随机顺序答案：B解析：单链表遍历是顺序访问，从首元节点开始，依次通过指针域访问下一个节点，因此输出顺序与节点的逻辑顺序一致，即1、3、5、7、9。遍历的核心是“顺着指针走”，无法跳过节点或反向，因此A、C、D错误。练习题3：编写逻辑（用自然语言描述），求一个单链表的长度（即有效节点个数）。答案：步骤如下：①定义一个计数器count，初始值设为0；②定义一个临时指针p，指向单链表的首元节点（若有头节点，则p=头节点.next）；③循环判断：若p不为空（表示当前节点是有效节点），则count加1，同时p指向p的下一个节点（p=p.next）；④当p为空时（遍历至尾节点之后），循环结束，count的值即为链表的长度。解析：求长度的本质是遍历链表并计数，核心是确保只统计有效节点（首元节点及后续存储数据的节点），若包含头节点，需注意头节点不计算在内。临时指针p的作用是遍历过程中“代替”表头指针移动，避免修改原始表头指针导致链表丢失。练习题4：若一个单链表为空表（无有效数据节点），其初始化后，头节点的指针域状态是（）A.指向自身B.指向首元节点C.置空（null）D.随机指向一个地址答案：C解析：空表的定义是无有效数据节点（首元节点不存在）。初始化时，若创建头节点，则头节点的指针域必须置空（表示没有后续节点）；若没有头节点，则表头指针置空。A选项是循环链表的特点，B选项表示链表非空，D选项会导致野指针，出现访问错误，因此A、B、D错误。知识点3：单链表的节点插入与删除核心内容：①节点插入（以在第i个节点后插入为例）：先创建新节点，赋值数据域；找到第i个节点（前驱节点），将新节点的指针域指向前驱节点的下一个节点，再将前驱节点的指针域指向新节点（顺序不可颠倒，避免丢失后续节点）；②节点删除（以删除第i个节点为例）：找到第i个节点的前驱节点，将前驱节点的指针域指向第i个节点的下一个节点，释放第i个节点的内存（避免内存泄漏）；③关键原则：插入/删除前必须找到目标节点的前驱节点，操作时先“保存后续节点地址”，再修改指针。练习题及答案解析练习题1：在单链表中，在节点p（非尾节点）之后插入新节点q，正确的操作顺序是（）A.q.next=p;p.next=qB.p.next=q;q.next=p.nextC.q.next=p.next;p.next=qD.p.next=q.next;q.next=p答案：C解析：插入的核心是“先连后断”，避免丢失p节点原本的后续节点。第一步必须让q的指针域指向p的下一个节点（q.next=p.next），保存p原本的后续节点地址；第二步再让p的指针域指向q（p.next=q），完成q的插入。若先执行p.next=q，会导致p原本的后续节点地址丢失，无法再关联，因此A、B、D错误。练习题2：在单链表中删除节点p（非首元节点、非尾节点），已知其前驱节点为pre，正确的操作是（）A.pre.next=p.nextB.p.next=pre.nextC.pre.next=pD.p.next=null答案：A解析：删除节点的核心是“断开前驱与目标节点的关联，直接指向目标节点的后续节点”。前驱节点pre的指针域原本指向p，删除p后，需让pre的指针域指向p的下一个节点（pre.next=p.next），使p脱离链表，之后释放p的内存即可。B、C操作会导致链表结构混乱，D操作仅能将p设为尾节点，无法删除，因此错误。练习题3：现有单链表：2→4→6→8（首元节点为2，表头指针为head），若要在节点4之后插入节点5，请描述具体操作步骤（含指针变化）。答案：步骤如下：①创建新节点q，将q的数据域赋值为5，q的指针域初始化为null；②遍历链表，找到节点4（即值为4的节点，记为p）；③执行插入指针操作：q.next=p.next（此时p.next指向6，因此q.next指向6）；④再执行p.next=q（此时p的指针域从指向6改为指向q）；⑤插入完成，链表变为2→4→5→6→8。解析：关键是找到插入位置的前驱节点（此处为节点4），严格遵循“先让新节点连后续，再让前驱连新节点”的顺序。若颠倒步骤，先执行p.next=q，会导致节点6及后续节点丢失，链表断裂。练习题4：现有单链表：10→20→30→40，若要删除节点30，已知其前驱节点为20（记为pre），删除后链表的结构是（），pre的指针域指向（）答案：10→20→40；40（或节点40的地址）解析：删除节点30时，pre（节点20）的指针域需从指向30改为指向30的下一个节点（40），因此删除后链表变为10→20→40，pre的指针域直接指向节点40，节点30脱离链表，后续可释放其内存。知识点4：链式存储的优势、局限性及应用场景核心内容：①优势：无需预先分配固定内存，可动态增减节点（内存利用率高）；插入、删除操作无需移动大量元素（仅修改指针，效率高）；②局限性：无法随机访问元素，必须从表头遍历（访问效率低）；每个节点额外存储指针域，占用更多内存空间；③应用场景：适合数据量不固定、频繁进行插入/删除操作，且较少进行随机访问的场景（如通讯录管理、任务队列等）；不适合需要频繁按位置访问元素的场景（如成绩排名查询，更适合顺序存储）。练习题及答案解析练习题1：下列场景中，最适合使用链式存储结构的是（）A.存储班级学生的成绩，需频繁按学号查询成绩B.实现一个任务队列，需频繁添加任务、删除队首任务C.存储100个固定的整数，需频繁计算所有元素的平均值D.存储图片像素数据，需按坐标随机访问像素值答案：B解析：任务队列的核心操作是“添加任务（插入）”和“删除队首任务（删除）”，频繁的插入/删除操作适合链式存储（仅修改指针，效率高）；A、D需要随机访问（按学号、坐标），C数据量固定且需遍历计算，均更适合顺序存储，因此A、C、D错误。练习题2：下列关于链式存储局限性的说法，正确的是（）A.插入、删除操作效率低B.内存利用率低C.无法随机访问元素D.数据元素物理地址连续答案：C解析：链式存储的局限性包括无法随机访问（需遍历）、节点额外占用指针域内存；A是顺序存储的局限性，B错误（链式存储动态分配内存，利用率高），D是顺序存储的特点，因此A、B、D错误。练习题3：简述链式存储与顺序存储的适用场景差异，并举例说明。答案：①链式存储适用场景：数据量不固定、频繁进行插入/删除操作，较少随机访问。例：通讯录管理（可随时添加、删除联系人，查询时多为遍历查找，无需按固定位置访问）、任务调度队列（频繁入队、出队，顺序访问任务）；②顺序存储适用场景：数据量固定、较少插入/删除操作，频繁随机访问。例：成绩排名表（学生人数固定，需按学号或排名下标查询成绩）、数组存储的日历数据（日期固定，可按索引快速访问某天信息）。解析：两者的适用场景核心取决于“操作频率”和“访问方式”。链式存储的核心优势是插入/删除高效，顺序存储的核心优势是随