【数据结构初阶】第四篇——双向链表

news2024/9/22 23:21:09

链表介绍

初始化链表

销毁链表

打印双向链表

查找数据

增加结点

头插

尾插

在指定位置插入

删除结点

头删

尾删

删除指定位置

链表判空

获取链表中元素个数

顺序表和链表对比

存取方式

逻辑结构与物理结构

时间性能

空间性能

链表介绍

本章讲的是带头双向链表。这里的头不存放任何数据，就是一个哨兵卫的头结点。

用代码来表示每一个结点:

typedef int LTDataType;//存储的数据类型

typedef struct ListNode
{
	LTDataType data;//数据域
	struct ListNode* prev;//前驱指针
	struct ListNode* next;//后继指针
}ListNode;

初始化链表

初始化链表中，我们要开好一个头结点，作为哨兵卫的头结点，然后返回这个结点的指针，接口外面只要用一个结点指针接受这个返回值就好了，具体实现如下:

//创建一个新结点
ListNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	ListNode* node = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (node == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	node->data = x;//新结点赋值
	node->prev = NULL;
	node->next = NULL;

	return node;//返回新结点
}

//初始化链表
ListNode* ListInit()
{
	ListNode* phead = BuyListNode(-1);//申请一个头结点，头结点不存储有效数据
	//起始时只有头结点，让它的前驱和后继都指向自己
	phead->prev = phead;
	phead->next = phead;
	return phead;//返回头结点
}

销毁链表

申请的节点使用完之后都要自己手动释放，以防止内存泄漏这些不好的问题出现。我们实现这个接口，用一级指针接受实参，其实也是遍历一遍链表，看一下代码实现：

//销毁链表
void ListDestroy(ListNode* phead)
{
	assert(phead);

	ListNode* cur = phead->next;//从头结点后一个结点开始释放空间
	ListNode* next = cur->next;//记录cur的后一个结点位置
	while (cur != phead)
	{
		free(cur);
		cur = next;
		next = next->next;
	}
	free(phead);//释放头结点
}

打印双向链表

双链表的打印就是遍历一遍双链表，用一个cur节点指针来走，走到head的位置就停下来。
看代码实现：

//打印双向链表
void ListPrint(ListNode* phead)
{
	assert(phead);

	ListNode* cur = phead->next;//从头结点的后一个结点开始打印
	while (cur != phead)//当cur指针指向头结点时，说明链表以打印完毕
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

查找数据

查找无非就是遍历双链表，这是还是直接上代码实现：

//查找元素
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	ListNode* cur = phead->next;//从头结点的后一个结点开始查找
	while (cur != phead)//当cur指向头结点时，说明链表已遍历完毕
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;//返回目标结点的地址
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;//没有找到目标结点
}

增加结点

头插

头插，即申请一个新结点，将新结点插入在头结点和头结点的后一个结点之间即可。

//头插
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	ListNode* newnode = BuyListNode(x);//申请一个结点，数据域赋值为x
	ListNode* front = phead->next;//记录头结点的后一个结点位置
	//建立新结点与头结点之间的双向关系
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
	//建立新结点与front结点之间的双向关系
	newnode->next = front;
	front->prev = newnode;
}

尾插

尾插，申请一个新结点，将新结点插入到头结点和头结点的前一个结点之间即可。因为链表是循环的，头结点的前驱指针直接指向最后一个结点，所以我们不必遍历链表找尾。

//尾插
void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	ListNode* newnode = BuyListNode(x);//申请一个结点，数据域赋值为x
	ListNode* tail = phead->prev;//记录头结点的前一个结点的位置
	//建立新结点与头结点之间的双向关系
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
	//建立新结点与tail结点之间的双向关系
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
}

在指定位置插入

在直到位置插入结点，准确来说，是在指定位置之前插入一个结点。我们只需申请一个新结点插入到指定位置结点和其前一个结点之间即可。

//在指定位置插入结点
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);

	ListNode* before = pos->prev;//记录pos指向结点的前一个结点
	ListNode* newnode = BuyListNode(x);//申请一个结点，数据域赋值为x
	//建立新结点与before结点之间的双向关系
	before->next = newnode;
	newnode->prev = before;
	//建立新结点与pos指向结点之间的双向关系
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

删除结点

头删

头删，即释放头结点的后一个结点，并建立头结点与被删除结点的后一个结点之间的双向关系即可。

//头删
void ListPopFront(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	ListNode* front = phead->next;//记录头结点的后一个结点
	ListNode* newfront = front->next;//记录front结点的后一个结点
	//建立头结点与newfront结点之间的双向关系
	phead->next = newfront;
	newfront->prev = phead;
	free(front);//释放front结点
}

尾删

尾删，即释放最后一个结点，并建立头结点和被删除结点的前一个结点之间的双向关系即可。

//尾删
void ListPopBack(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	ListNode* tail = phead->prev;//记录头结点的前一个结点
	ListNode* newtail = tail->prev;//记录tail结点的前一个结点
	//建立头结点与newtail结点之间的双向关系
	newtail->next = phead;
	phead->prev = newtail;
	free(tail);//释放tail结点
}

删除指定位置

删除指定位置结点，释放掉目标结点后，建立该结点前一个结点和后一个结点之间的双向关系即可。

//删除指定位置结点
void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);

	ListNode* before = pos->prev;//记录pos指向结点的前一个结点
	ListNode* after = pos->next;//记录pos指向结点的后一个结点
	//建立before结点与after结点之间的双向关系
	before->next = after;
	after->prev = before;
	free(pos);//释放pos指向的结点
}

链表判空

//链表判空
bool ListEmpty(ListNode* phead)
{
	assert(phead);

	return phead->next == phead;//当链表中只有头结点时为空
}

获取链表中元素个数

//获取链表中的元素个数
int ListSize(ListNode* phead)
{
	assert(phead);

	int count = 0;//记录元素个数
	ListNode* cur = phead->next;//从头结点的后一个结点开始遍历
	while (cur != phead)//当cur指向头结点时，遍历完毕，头结点不计入总元素个数
	{
		count++;
		cur = cur->next;
	}
	return count;//返回元素个数
}