上一章中，我们学习了链表中的单链表，那今天我们来学习另一种比较常见的链表--双向链表！！
目录
一、双向链表的结构
二、 双向链表的实现
1. 双向链表的初始化和销毁
2. 双向链表的打印
3. 双向链表的头插/尾插
4. 双向链表的头删/尾删
5. 查找数据是否存在
6. 在指定位置之后插入数据
7. 删除指定位置的数据
8. 判断双向链表是否为空
三、顺序表和双向链表的优缺点分析
一、双向链表的结构
“哨兵位”存在的意义：遍历循环链表避免死循环。
注意：带头链表里的头节点，实际为“哨兵位”，不存储任何有效数据。
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
LTDataType data;//存储的数据
struct ListNode* prev; //指针保存前一个节点的地址
struct ListNode* next; //指针保存下一个节点的地址
}LTNode;二、 双向链表的实现
我们先在头文件中定义需要实现的相关接口。
//List.h
#include<stdio.h>
#include <stdbool.h>//引用bool类型
#include<stdlib.h>
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
LTDataType data;//存储的数据
struct ListNode* prev; //指针保存前一个节点的地址
struct ListNode* next; //指针保存下一个节点的地址
}LTNode;
//创建节点
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x);
//双向链表有哨兵位，插入数据之前链表中必须初始化一个哨兵位
//需要修改哨兵位就要传二级指针
//void LTInit(LTNode** pphead);
LTNode* LTInit();
void LTDestroy(LTNode* phead);
void LTPrint(LTNode* phead);
//头插/尾插
//不需要修改哨兵位就不需要传二级指针
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
//头删/尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);
void LTPopFront(LTNode* phead);
//查找数据是否存在
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);
//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//删除pos位置的数据
void LTErase(LTNode* pos);
//判断链表是否为空
bool LTEmpty(LTNode* phead);1. 双向链表的初始化和销毁
//双向链表初始化
void LTInit(LTNode** pphead)
{
*pphead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
if (*pphead == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(1);
}
(*pphead)->data = -1;//给哨兵位一个无效的数据，是多少都可以
//带头双向循环链表在刚初始化一个哨兵位时，next和prev都指向自己
(*pphead)->next = (*pphead)->prev = *pphead;
return phead;
}这种写法要涉及到二级指针，非常麻烦，那我们尝试简化一下代码。
LTNode* LTInit()
{
LTNode*phead= (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
if (phead == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(1);
}
phead->data = -1;
phead->next = phead->prev = phead;
return phead;
}实际上，这段代码还可以进行简化。因为双向链表为空时，仍然有一个哨兵位，那我们在初始化时就可以直接申请一个哨兵位。
//将申请节点的功能进行封装
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x) {
LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
if (newnode == NULL) {
perror("malloc");
exit(1);
}
newnode->data = x;
newnode->next = newnode->prev = newnode;
return newnode;
}
//双向链表初始化
LTNode* LTInit()
{
LTNode* phead = LTBuyNode(-1);//申请哨兵位
return phead;
}
//双向链表销毁
void LTDestroy(LTNode* phead)
{
assert(phead);
//遍历链表，把每一个节点都释放
LTNode* pcur = phead->next;
while (pcur != phead)
{
LTNode* next = pcur->next;
free(pcur);
pcur = next;
}
//链表中哨兵位也要释放
free(phead);
phead = NULL;
}2. 双向链表的打印
//双向链表打印
void LTPrint(LTNode* phead)
{
assert(phead);//phead不能为空
LTNode* pcur = phead->next;
while (pcur != phead)
{
//从第一个节点开始走，走到哨兵位结束
printf("%d->", pcur->data);
pcur = pcur->next;
}
printf("\n");
}3. 双向链表的头插/尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
//ptail->next=phead;//尾节点的next指向哨兵位
//phead->prev=ptail//哨兵位的prev指向尾节点
//新尾节点的next要指向哨兵位
newnode->next = phead;
//新尾节点的prev要指向原来的尾节点
newnode->prev = phead->prev;
//原来尾节点的next指向新的尾节点
phead->prev->next = newnode;
//哨兵位的prev连接新的尾节点
phead->prev = newnode;
}
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
//新的头节点的next指向原来的头节点
newnode->next = phead->next;
//新的头节点的prev指向哨兵位
newnode->prev = phead;
//原来头节点的prev指向新的头节点
phead->next->prev = newnode;
//哨兵位的next指向新的头节点
phead->next = newnode;
}4. 双向链表的头删/尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
assert(phead);
//链表不能为空(只有一个哨兵位)
assert(phead->next != phead);
LTNode* del = phead->prev;
LTNode* prev = del->prev;
//原来尾节点的前一个节点的next指向哨兵位
prev->next = phead;
//哨兵位的prev变成原来尾节点的前一个节点
phead->prev = prev;
//释放原来的尾节点
free(del);
del = NULL;
}
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
assert(phead);
//链表不能为空(只有一个哨兵位)
assert(phead->next != phead);
LTNode* del = phead->next;
LTNode* next = del->next;
//原来头节点的后一个节点的prev指向哨兵位
next->prev = phead;
//哨兵位的next变成原来头节点的后一个节点
phead->next = next;
//释放原来的尾节点
free(del);
del = NULL;
}5. 查找数据是否存在
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
LTNode* pcur = phead->next;
while (pcur != phead)
{
if (pcur->data == x) {
return pcur;
}
pcur = pcur->next;
}
return NULL;
}6. 在指定位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
//新节点的next指向pos后面原来的节点
newnode->next = pos->next;
//新节点的prev指向pos节点
newnode->prev = pos;
//pos节点后面原来的节点的prev换成新节点
pos->next->prev = newnode;
//pos节点的next换成新节点
pos->next = newnode;
}7. 删除指定位置的数据
void LTErase(LTNode* pos)
{
assert(pos);
//pos前面节点的next指向pos后面的节点
pos->prev->next = pos->next;
//pos后面节点的prev指向pos前面的节点
pos->next->prev = pos->prev;
free(pos);
pos = NULL;
}8. 判断双向链表是否为空
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
return phead->next == phead;
}三、顺序表和双向链表的优缺点分析
| 顺序表 | 带头双向循环链表 | |
| 优点 | 下标随机访问（实现二分查找、排序、堆算法等）； Cache命中率高（存储空间连续） | 任意位置插入删除数据效率高； 按需申请、释放，不存在空间浪费 |
| 缺点 | 前面部分的插入删除，效率低下； 扩容会有效率损失，还可能会存在空间浪费 | 不支持下标随机访问； Cache命中率低（存储空间不连续） |
