数据结构——双向链表的实现

news2024/10/5 14:01:13

一、双向链表的结构

注意：双向链表又称带头双向循环链表
这⾥的“带头”跟前⾯我们说的“头节点”是两个概念，实际前⾯的在单链表阶段称呼不严
谨，但是为了同学们更好的理解就直接称为单链表的头节点。
带头链表⾥的头节点，实际为“哨兵位”，哨兵位节点不存储任何有效元素，只是站在这⾥“放哨 的”
“哨兵位”存在的意义： 遍历循环链表避免死循环。
双向链表每个节点储存一个有效数据+前驱指针+后继指针

二、. 双向链表的实现

2.1 创建&初始化

2.2.1  List.h

#pragma once
typedef struct ListNode
{
	int val;
	struct ListNode* next;
	struct  ListNode* prev;
	

}LTNode; 


//初始化
LTNode* LTInit();

2.2.2  List.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"List.h"
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdio.h>
LTNode* LTInit()//哨兵位初始化
{
	LTNode* head = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	head->val = -1;
	head->next = head->prev =head;
	return head;
}

2.2.3 text.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"List.h"
#include<stdio.h>
int main()
{
	LTNode* head;
	head=LTInit();
	

	return 0;
}

代码运行测试：

2.2尾插&头插

分析：

尾插
1.往d3节点的后面插入数据叫做尾插  

 2.往哨兵位head之前插入数据也叫尾插 

 

头插

在哨兵位和头节点之间插入

2.2.1  List.h

//尾插
//1.往d3节点的后面插入数据叫做尾插    2.往哨兵位head之前插入数据也叫尾插
void LTPushBack(LTNode* head, int x);

//打印
void LTPrint(LTNode* head);
//头插
void LTPushFront(LTNode* head, int x);

2.2.2  List.c

//创建新节点
LTNode* Listbuynode(int x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	node->val = x;
	node->next = node->prev = NULL;
	return node;
}
void LTPushBack(LTNode* head, int x)
{
	LTNode* node = Listbuynode(x);
	//对新节点进行操作
	node->next = head;
	node->prev = head->prev;

	//对原来的尾节点和哨兵位进行操作
	head->prev->next = node;
	head->prev = node;
}
void LTPrint(LTNode* head)
{
	assert(head);
	LTNode* pcur = head->next;
	while (pcur != head)
	{
		printf("%d->", pcur->val);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}

void LTPushFront(LTNode* head, int x)
{
	LTNode* node = Listbuynode(x);
	//对新节点进行操作
	node->next = head->next;
	node->prev = head;

	//对哨兵位和头节点进行操作
	head->next->prev = node;
	head->next = node;
}

2.2.3  text.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"List.h"
#include<stdio.h>
int main()
{
	LTNode* head;
	head=LTInit();
	LTPushBack(head, 1);
	LTPushBack(head, 2);
    LTPushBack(head, 3);
    LTPushFront(head,4);//4->1->2->3
	LTPrint(head);
	

	return 0;
}

2.3  头删&尾删

2.3.1  List.h

//尾删
void LTPopBack(LTNode* head);

//头删
void LTPopFront(LTNode* head);

2.3.2  List.c

void LTPopBack(LTNode* head)
{
	//链表为空不能删除
	assert(head);
	assert(head->next != head);
	//将尾节点进行保存
	LTNode* del = head->prev;
	//连接次尾节点和哨兵位
	del->prev->next = head;
	head->prev = del->prev;
	free(del);
	del = NULL;

}
void LTPopFront(LTNode* head)
{
	//链表为空不能删除
	assert(head);
	assert(head->next != head);

	//将头节点进行保存
	LTNode* del = head->next;
	//连接哨兵位和次头节点
	head->next = del->next;
	del->next->prev = head;
	free(del);
		del = NULL;
}

2.3.3  text.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"List.h"
#include<stdio.h>
int main()
{
	LTNode* head;
	head=LTInit();
	LTPushBack(head, 1);
	LTPushBack(head, 2);

	LTPushBack(head, 3);
	LTPushFront(head, 4);
	LTPrint(head);//4->1->2->3
	LTPopFront(head);
	
	LTPrint(head);//1->2->3
	LTPopBack(head);
	LTPrint(head);1->2
	

	return 0;
}

2.4  查找数据&在pos节点后插入数据&删除pos节点

2.4.1  List.h


//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, int x);
//删除pos节点
void LTErase(LTNode* pos);

//查找数据
LTNode* LTFind(LTNode* head, int x);

2.4.2  List.c

void LTInsert(LTNode* pos, int x)
{
	assert(pos);
	LTNode* node = Listbuynode(x);
	//先处理新节点
	node->prev = pos;
	node->next = pos->next;
	//在处理前后节点
	pos->next = node;
	node->next->prev = node;
}

LTNode* LTFind(LTNode* head, int x)
{
	assert(head);
	assert(head->next!=head);
	LTNode* pcur = head->next;
	while (pcur != head)
	{
		if (pcur->val == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;
}
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	pos->prev->next = pos->next;
	pos->next->prev = pos->prev;
	free(pos);
	pos = NULL;
}

2.4.3  text.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"List.h"
#include<stdio.h>
int main()
{
	LTNode* head;
	head=LTInit();
	LTPushBack(head, 1);
	LTPushBack(head, 2);

	LTPushBack(head, 3);
    LTPushBack(head, 4);
	
	
	//LTPopBack(head);
	//LTPrint(head);
	//LTPopBack(head);
	LTNode* find = LTFind(head, 4);
	LTInsert(find, 11);
    LTPrint(head);//1->2->3->4->11
	LTErase(find);//1->2->3->11


	LTPrint(head);
	

	return 0;
}

2.5  销毁

若销毁接口用二级指针接受，传哨兵位指针的地址，那么可以改变哨兵位（指针指向）,使哨兵位指向NULL;

若销毁接口用一级指针接受，传一级指针（哨兵位指针），传过去的形参（是指针存储的地址），不能够改变指针的指向，在对形参操作，可以释放哨兵位指向的地址空间（形参的值为空间地址），但是不能改变实参指针的指向（实参依然指向原来被释放的地址空间），需要手动将实参置为NULL.

简而言之，若需要改变一级指针指向，需要传二级指针。

前面都是用一级指针传参，为了保持接口的一致性，我们用一级指针传参

2.5.1  List.h

//销毁
void LTDestroy(LTNode* phead);

2.5.2  List.c

void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* pcur = phead->next;
	LTNode* next = pcur->next;
	while (pcur != phead)
	{
		free(pcur);
		pcur = next;
		next = next->next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

2.5.3  text.c 

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"List.h"
#include<stdio.h>
int main()
{
	LTNode* head;
	head=LTInit();
	LTPushBack(head, 1);
	LTPushBack(head, 2);

	LTPushBack(head, 3);
	LTPushFront(head, 4);
	/*LTPrint(head);
	LTPopFront(head);*/
	
	LTPrint(head);
	//LTPopBack(head);
	//LTPrint(head);
	//LTPopBack(head);
	LTNode* find = LTFind(head, 4);
	/*LTInsert(find, 11);*/
	LTErase(find);


	LTPrint(head);
	LTDestroy(head);
	head = NULL;

	return 0;
}

2.6  完整代码

2.6.1  List.h

#pragma once
typedef struct ListNode
{
	int val;
	struct ListNode* next;
	struct  ListNode* prev;
	

}LTNode; 


//初始化
LTNode* LTInit();
//销毁
void LTDestroy(LTNode* phead);
//尾插
//1.往d3节点的后面插入数据叫做尾插    2.往哨兵位head之前插入数据也叫尾插
void LTPushBack(LTNode* head, int x);

//打印
void LTPrint(LTNode* head);
//头插
void LTPushFront(LTNode* head, int x);

//尾删
void LTPopBack(LTNode* head);

//头删
void LTPopFront(LTNode* head);

//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, int x);
//删除pos节点
void LTErase(LTNode* pos);

//查找数据
LTNode* LTFind(LTNode* head, int x);

2.6.2  List.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"List.h"
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdio.h>
LTNode* LTInit()//哨兵位初始化
{
	LTNode* head = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	head->val = -1;
	head->next = head->prev =head;
	return head;
}
//创建新节点
LTNode* Listbuynode(int x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	node->val = x;
	node->next = node->prev = NULL;
	return node;
}
void LTPushBack(LTNode* head, int x)
{
	LTNode* node = Listbuynode(x);
	//对新节点进行操作
	node->next = head;
	node->prev = head->prev;

	//对原来的尾节点和哨兵位进行操作
	head->prev->next = node;
	head->prev = node;
}
void LTPrint(LTNode* head)
{
	assert(head);
	LTNode* pcur = head->next;
	while (pcur != head)
	{
		printf("%d->", pcur->val);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}

void LTPushFront(LTNode* head, int x)
{
	LTNode* node = Listbuynode(x);
	//对新节点进行操作
	node->next = head->next;
	node->prev = head;

	//对哨兵位和头节点进行操作
	head->next->prev = node;
	head->next = node;
}
void LTPopBack(LTNode* head)
{
	//链表为空不能删除
	assert(head);
	assert(head->next != head);
	//将尾节点进行保存
	LTNode* del = head->prev;
	//连接次尾节点和哨兵位
	del->prev->next = head;
	head->prev = del->prev;
	free(del);
	del = NULL;

}
void LTPopFront(LTNode* head)
{
	//链表为空不能删除
	assert(head);
	assert(head->next != head);

	//将头节点进行保存
	LTNode* del = head->next;
	//连接哨兵位和次头节点
	head->next = del->next;
	del->next->prev = head;
	free(del);
		del = NULL;
}

void LTInsert(LTNode* pos, int x)
{
	assert(pos);
	LTNode* node = Listbuynode(x);
	//先处理新节点
	node->prev = pos;
	node->next = pos->next;
	//在处理前后节点
	pos->next = node;
	node->next->prev = node;
}

LTNode* LTFind(LTNode* head, int x)
{
	assert(head);
	assert(head->next!=head);
	LTNode* pcur = head->next;
	while (pcur != head)
	{
		if (pcur->val == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;
}
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	pos->prev->next = pos->next;
	pos->next->prev = pos->prev;
	free(pos);
	pos = NULL;
}

void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* pcur = phead->next;
	LTNode* next = pcur->next;
	while (pcur != phead)
	{
		free(pcur);
		pcur = next;
		next = next->next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

2.6.3  text.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"List.h"
#include<stdio.h>
int main()
{
	LTNode* head;
	head=LTInit();
	LTPushBack(head, 1);
	LTPushBack(head, 2);

	LTPushBack(head, 3);
	LTPushFront(head, 4);
	/*LTPrint(head);
	LTPopFront(head);*/
	
	LTPrint(head);
	//LTPopBack(head);
	//LTPrint(head);
	//LTPopBack(head);
	LTNode* find = LTFind(head, 4);
	/*LTInsert(find, 11);*/
	LTErase(find);


	LTPrint(head);
	LTDestroy(head);
	head = NULL;

	return 0;
}

三、顺序表和双向链表的优缺点分析

不同点
顺序表
链表（单链表）
存储空间上
物理上一定连续
逻辑上连续，但物理上不⼀定连续
随机访问
⽀持O(1）
不支持，O(n)
任意位置插⼊或者删除元素
可能需要搬移元素，效率低O(N)
只需修改指针指向
插入
动态顺序表，空间不够时需要扩容
没有容量的概念
应⽤场景
元素⾼效存储+频繁访问
任意位置插⼊和删除频繁

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