数据结构之双链表(超详解)

文章目录

• 链表分类
• 双向链表
  • 概念
  • 结构
    • 申请结点
  • 创建头节点
• 尾插、头插
  • 尾插
  • 头插
• 尾删、头删
  • 尾删
  • 头删
• 指定位置插入、删除结点
  • 指定位置插入结点
  • 指定位置删除结点
• 查找结点
  • 链表打印
• 双链表销毁
• 双链表实现

链表分类

链表总共有八种结构如下。

在众多链表结构中，实际中最常用的有这两种结构：单链表和双向带头循环链表(即双链表)。

1. 无头单向非循环链表：结构简单，⼀般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。
2. 带头双向循环链表：结构最复杂，⼀般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势。(并且掌握如上两种数据结构的实现，其他种类的链表也能够实现)

双向链表

概念

这里的head充当什么作用呢？
带头链表里的头结点，实际为“哨兵位”，哨兵位结点不存储任何有效元素，只是站在这里"放哨的"。

结构

根据双链表概念，定义结构两个指针分别指向下一个结点和前一个结点的地址，并且每一个结点都能存储数据data。

申请结点

创建头节点

根据概念创建一个头结点起到"放哨"的作用，这个结点可随意给值。
为什么用一级指针接收呢？
保证哨兵位节点不能被删除(若被删除则不是双链表)，节点的地址也不能发生改变，因此传一级最合适。

尾插、头插

尾插

首先，通过函数创建一个新节点，并将其数据域设置为输入的值x，得到新节点的指newnode。

设置新结点的指针以插入到尾部。由于这是一个循环链表，尾节点的next指向头节点，所以将新节点newnode的prev指针指向前一个结点。

更新原链表尾节点的指针，使其next指针指向新节点newnode，这样新节点就被正确地链接到链表的末尾。

最后，调整原头节点phead的prev指针，使其指向新节点newnode，确保链表的循环特性仍然保持，即尾节点的next始终指向头节点。

头插

头插与尾插的方法类似。

尾删、头删

尾删

1. 保证双链表有效(即至少有一个哨兵位)。
2. 定义结点del保存尾结点，让尾结点的前一个结点的next指向头结点。
3. 头结点指向del的前一个结点。

释放尾结点del。

头删

头删与尾删的方法类似。

指定位置插入、删除结点

指定位置插入结点

1. 指向结点是否有效，若无效则断言。
2. 创建新结点，newnode的next指向未更新链表指定位置的下一个结点；newnode的prev指向指定结点。

未更新链表指定位置的下一个结点指向newnode结点；指定结点指向newnode结点。

指定位置删除结点

删除指定结点，想要形参的改变影响到实参，那么传二级指针不是更好吗？
事实的确如此，那么我们为什么在这里是传一级指针呢？
目的是为了保证接口一致性。可以发现，我们前面函数的实现大部分都是通过传一级指针实现双链表功能，如果这里突然传二级指针会造成疑惑。
需要注意的是：删除指定结点后，由于形参不能改变实参，因此需要我们手动置指定结点为NULL。

查找结点

和单链表一样，我们只需要遍历原链表查找结点，若没找到则返回NULL。

链表打印

双链表销毁

1. 定义pcur指向头结点的下一个结点，并遍历双链表。
2. 每次释放pcur结点，并让pcur指向下一个结点，直到pcur与头结点phead相遇为止。

为了保证接口的一致性，这里同样采用传一级指针，需要手动置双链表的头结点为NULL。

双链表实现

List.h

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS1#pragmaonce#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<assert.h>typedefint LTDataType;//定义双向链表节点的结构typedefstructListNode{ LTDataType data;structListNode* next;structListNode* prev;}LTNode;//声明双向链表中提供的方法//初始化//void LTInit(LTNode** phead); LTNode*LTInit();//打印双链表voidLTPrint(LTNode* phead);//哨兵位节点不能被删除，节点的地址也不能发生改变，因此传一级最合适//尾插voidLTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);//插入数据之前，，链表必须初始化到只有一个头结点的情况//头插voidLTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);//尾删voidLTPopBack(LTNode* phead);//头删voidLTPopFront(LTNode* phead);//在pos位置之后插入数据voidLTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);//删除pos节点voidLTErase(LTNode* pos);//查找节点 LTNode*LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);//销毁节点voidLTDesTroy(LTNode* phead);

List.c

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS1#include"List.h"//申请节点 LTNode*LTBuyNode(LTDataType x){ LTNode* node =(LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if(node ==NULL){perror("malloc fail!");exit(1);}//申请成功 node->data = x; node->next = node->prev = node;return node;}//初始化 LTNode*LTInit(){//创建头结点//LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));//phead->data = -1;//phead->next = phead->prev = phead;//给双向链表创建一个哨兵位 LTNode *phead =LTBuyNode(-1);}//打印双链表voidLTPrint(LTNode* phead){assert(phead); LTNode* pcur = phead->next;while(pcur != phead){printf("%d->", pcur->data); pcur = pcur->next;}printf("\n");}//尾插voidLTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x){assert(phead); LTNode* newnode =LTBuyNode(x);//phead newnode phead->prev newnode->prev = phead->prev; newnode->next = phead; phead->prev->next = newnode; phead->prev = newnode;}//头插voidLTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x){assert(phead); LTNode* newnode =LTBuyNode(x);//phead newnode prev->next newnode->prev = phead; newnode->next = phead->next; phead->next->prev = newnode; phead->next = newnode;}//尾删voidLTPopBack(LTNode* phead){//链表必须有效且链表不能为空(只有一个哨兵位)assert(phead && phead->next != phead);//phead phead->prev->prev phead->prev//phead del->prev del 让del=phead->prev LTNode* del = phead->prev; del->prev->next = phead; phead->prev = del->prev;//释放del节点free(del); del =NULL;}//头删voidLTPopFront(LTNode* phead){assert(phead && phead->next != phead);//phead phead->next phead->next->next//phead del del->next 让del=phead->next LTNode* del = phead->next; phead->next = del->next; del->next->prev = phead;//释放del节点free(del); del =NULL;}//在pos位置之后插入数据voidLTInsert(LTNode* pos, LTDataType x){assert(pos); LTNode* newnode =LTBuyNode(x);//pos newnode pos->next newnode->next = pos->next; newnode->prev = pos; pos->next->prev = newnode; pos->next = newnode;}//删除pos节点voidLTErase(LTNode* pos)//二级指针更好{assert(pos);//pos->prev pos pos->next pos->next->prev = pos->prev; pos->prev->next = pos->next;free(pos); pos =NULL;}//查找节点 LTNode*LTFind(LTNode* phead, LTDataType x){assert(phead); LTNode* pcur = phead->next;while(pcur != phead){if(pcur->data == x){return pcur;} pcur = pcur->next;}//没有找到returnNULL;}//销毁节点voidLTDesTroy(LTNode* phead){assert(phead); LTNode* pcur = phead->next;while(pcur != phead){ LTNode* next = pcur->next;free(pcur); pcur = next;}//此时pcur指向phead,而phead未被销毁free(phead); phead =NULL;}

test.c

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS1#include"List.h"voidListTest(){//LTNode* plist = NULL;//LTInit(&plist); LTNode* plist =LTInit();LTPushBack(plist,1);LTPushBack(plist,2);LTPushBack(plist,3);LTPushFront(plist,4);LTPrint(plist);LTPopBack(plist);LTPrint(plist); LTNode* find =LTFind(plist,1);//if (find == NULL)//{// printf("没有找到\n");//}//else {// printf("找到了\n");//}LTInsert(find,4);LTPrint(plist);LTErase(find);//不传二级(保持接口一致性) find =NULL;LTPrint(plist);LTDesTroy(plist); plist =NULL;}intmain(){ListTest();return0;}