【C语言】实现双向链表

news2025/1/25 1:31:28

（一）头文件

（二）功能实现

（1）初始化

（2）打印链表

（3）头插与头删

（4）尾插与尾删

（5）指定位置之后插入

（6）删除指定位置的数据

（7）链表的销毁

正文开始：

在实际应用中，常用的双向链表是双向带头循环链表，本文考虑到实际应用，目的也是实现双向带头循环链表。

（一）头文件

命名"List.h"

本文不加解释的给出头文件，按照头文件来实现双向链表的基本功能：包括打印链表，链表的初始化，头插与头删，尾插与尾删，在指定位置之后插入数据，删除指定位置的数据，链表的销毁等共九个功能。

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
//链表的数据类型
typedef int LTtype;
//双向链表的节点
typedef struct ListNode
{
	LTtype data;
	struct ListNode* prev;
	struct ListNode* next;
}LTNode;

//双向链表带有哨兵位，插入数据之前先插入哨兵位
//初始化》传入头节点
void LTInit(LTNode** pphead);


//初始化2>返回头节点
LTNode* LtInit0();

//销毁链表
void LTDestory(LTNode** pphead);

//尾插
void LTtail_push(LTNode* phead,LTtype x);

//头插
//是在头节点之后插入，在头节点之前插入等价于尾插
void LThead_push(LTNode* phead,LTtype x);

//打印便于调试
void Print(LTNode* phead);

//头删
void LTpophead(LTNode* phead);

//尾删
void LTpoptail(LTNode* phead);

//查找
//为了找到pos位置
LTNode* LTfind(LTNode* phead, LTtype x);

//在pos之后插入数据
void LTinsert(LTNode* pos, LTtype x);

//删除pos处的数据
void LTerase(LTNode* pos);

（二）功能实现

带头相对于不带头有诸多优势：

带头与不带头链表：

带头链表是指在链表的开头增加一个额外的节点，该节点不存储具体的数据，仅用于辅助操作链表。带头链表的带头节点可以简化链表的操作，提高代码的可读性和可维护性。

意义：

带头节点可以避免链表为空的特殊情况处理。在没有带头节点的链表中，如果链表为空，添加、删除等操作都需要额外的处理逻辑。而带头节点的链表中，带头节点一直存在，无论链表是否为空，操作逻辑都是一致的，可以减少代码的复杂性。

局限：

造成额外的空间浪费。

（1）初始化

初始化有两种方法，具体实现如下：

传址初始化

初始化传递链表的地址（二级指针【通过传址，将形参与实参建立联系】），初始化要插入头指针哨兵位（不保存有效的数据），便于简化代码逻辑。
//双向链表带有哨兵位，插入数据之前先插入哨兵位
void LTInit(LTNode** pphead)
{
	*pphead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (*pphead == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(1);
	}
	(*pphead)->data = -1;
	(*pphead)->next = (*pphead)->prev = *pphead;
}
接受返回值初始化

在函数内申请头节点，最后返回到主函数内：
//初始化2>返回头节点
LTNode* LtInit0()
{
	LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (phead == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(1);
	}
	phead->data = -1;
	phead->next = phead->prev = phead;
	return phead;
}

（2）打印链表

以便于调试，理解代码；

与打印单链表一样，不同的是：while的跳出条件是 pcur != phead；
//打印链表
void Print(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		printf("%d->", pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}

（3）头插与头删

插入操作需要申请新节点：


//获取新节点
LTNode* LTbuynewnode(LTtype x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = newnode->prev = NULL;
	return newnode;
}

头插与头删

头插，是在头节点之后插入，在头节点之前插入等价于尾插；

先对新节点进行操作，因为新节点与原节点没有联系，不会因为对指针进行操作而丢失节点，造成数据丢失和内存泄漏；

我们可以直接得到phead，因此先让phead的下一个节点的前驱指针指向newnode，再改变phead的next指针；~~（如果反过来，先改变phead的next指向newnode，此时newnode后面的节点就找不到了。）~~
//头插，是在头节点之后插入，在头节点之前插入等价于尾插
void LThead_push(LTNode* phead, LTtype x)
{
	assert(phead);

	LTNode* newnode = LTbuynewnode(x);

    //先对新节点进行操作
	newnode->next = phead->next;
	newnode->prev = phead;


	phead->next->prev = newnode;
	phead->next = newnode;

}
头删

断言传过来的指针不为空，链表不为空，通过assert实现；

通过创建del指针（要被删除的节点），保存旧头节点；

通过创建next指针，保存旧头节点的next节点；

这样命名后进行头删，逻辑清晰，不易出错；
//头删
void LTpophead(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	LTNode* del = phead->next;//被删除的节点
	LTNode* next = del->next;//del的后置节点

	phead->next = next;
	next->prev = phead;

	free(del);
	del = NULL;
}

（4）尾插与尾删

尾插

与头插的逻辑完全相同


//尾插
void LTtail_push(LTNode* phead, LTtype x)
{
	assert(phead);

	LTNode* newnode = LTbuynewnode(x);

	newnode->next = phead;
	newnode->prev = phead->prev;

	phead->prev->next = newnode;
	phead->prev = newnode;
}

尾删

与头删的逻辑完全相同


//尾删
void LTpoptail(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	LTNode* del = phead->prev;//被删除的节点
	LTNode* prev = del->prev;//del的前置节点

	prev->next = phead;
	phead->prev = prev;

	free(del);
	del = NULL;
}

（5）指定位置之后插入

查找

查找数据值为x的节点，找到返回此节点，找不到返回NULL；


//查找
LTNode* LTfind(LTNode* phead,LTtype x)
{
	assert(phead);

	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		if (pcur->data == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;
}

在指定位置之后插入数据

根据find找到的pos位置，申请新节点，插入到pos之后
//在pos位置之后插入数据
void LTinsert(LTNode* pos,LTtype x)
{
	assert(pos);

	LTNode* newnode = LTbuynewnode(x);
	newnode->next = pos->next;
	newnode->prev = pos;

	pos->next->prev = newnode;
	pos->next = newnode;
}

（6）删除指定位置的数据

删除指定位置的数据，需要的指针有pos的前驱节点，pos节点。


//删除pos处的数据
void LTerase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);

	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* next = pos->next;

	prev->next = next;
	next->prev = prev;

	free(pos);
	pos = NULL;
}

（7）链表的销毁

链表的销毁共有两种方法：

传址销毁


//销毁链表
void LTDestory(LTNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	//哨兵位不为空
	assert(*pphead);

	LTNode* pcur = (*pphead)->next;

	while (pcur != *pphead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	//释放哨兵位
	free(pphead);
	//此时可以改变哨兵位的
	pphead = NULL;

}

传值销毁

一级指针phead传递的是值，不是phead的地址，所以在函数中改变phead并不会改变phead的实际值
函数返回后，仍需要手动phead = NULL；


//推荐使用一级，为了保持接口的一致性
void LTDestory0(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;//无效的置空，当做是习惯
}
//一级指针phead传递的是值，不是phead的地址，所以在函数中改变phead并不会改变phead的实际值
//函数返回后，仍需要手动phead = NULL；

完~

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