数据结构（双向链表）

news2024/9/20 22:58:17

链表的分类

链表的结构⾮常多样，以下情况组合起来就有8种（2 x 2 x 2）链表结构：

虽然有这么多的链表的结构，但是我们实际中最常⽤还是两种结构：单链表和双向带头循环链表

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，如哈希表、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。另外这个结构虽然结构复杂，但是使⽤代码实现以后会发现结构会带来很多优势，实现反⽽简单了。

双向链表

概念与结构

注意：这⾥的“带头”跟前⾯我们说的“头结点”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结点。

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”

链表的实现

首先我们来看看它的具体声明，用一个头文件来简述：

//定义双向链表节点的结构
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	LTDataType data;
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
}LTNode;

//为了保持接口的一致性，优化接口都为一级指针
//初始化
//void LTInit(LTNode** pphead);
LTNode* LTInit();

//销毁
void LTDesTroy(LTNode** pphead);
void LTDesTroy2(LTNode* phead);//传一级，需要手动将plist置为NULL

void LTPrint(LTNode* phead);

//插入
//第一个参传一级还是二级，要看pphead指向的节点会不会发生改变
//如果发生改变，那么pphead的改变要影响实参，传二级
//如何不发生改变，pphead不会影响实参，传一级
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);

//删除
void LTPopBack(LTNode* phead);
void LTPopFront(LTNode* phead);

bool LTEmpty(LTNode* phead);

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);
//在pos位置之后插入节点
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//删除指定位置节点
void LTErase(LTNode* pos);

接下来我们创建一个List.c文件来一一实现上述声明：

新结点的创建：

LTNode* LTBuyNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;
	//prev next
	newnode->next = newnode->prev = newnode;

	return newnode;
}

结点的初始化：

//初始化
//void LTInit(LTNode** pphead)
//{
//	//创建一个头结点（哨兵位）
//	*pphead = LTBuyNode(-1);
//}
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = LTBuyNode(-1);
	return phead;
}

尾插与头插：

//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
	//phead phead->prev newnode
	newnode->next = phead;
	newnode->prev = phead->prev;

	phead->prev->next = newnode;
	phead->prev = newnode;
}
//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);

	//phead newnode  phead->next(d1)
	newnode->next = phead->next;
	newnode->prev = phead;

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

打印与置空：

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

bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return phead->next == phead;
}

尾删与头删：

尾删示意图：

头删示意图：

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));

	//phead  prev(del->prev)  del(phead->prev) 
	LTNode* del = phead->prev;
	LTNode* prev = del->prev;

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

	free(del);
	del = NULL;
}
//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));

	//phead  del(phead->next)  del->next
	LTNode* del = phead->next;
	del->next->prev = phead;
	phead->next = del->next;

	free(del);
	del = NULL;
}

查找指定结点：

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

在指定结点之后插入结点：

示意图：

//在pos位置之后插入节点
void LTInsert(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;
}

删除指定位置结点：

示意图：（本处就d2、d3两处结点分别讨论删除后的next与prev指针指向）

//删除指定位置节点
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	// pos->prev  pos   pos->next

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

	free(pos);
	pos = NULL;
}

销毁链表：

示意图：

//销毁
void LTDesTroy(LTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	LTNode* pcur = (*pphead)->next;
	while (pcur != *pphead)
	{
		LTNode* Next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = Next;
	}
	//销毁哨兵位结点
	free(*pphead);
	*pphead = NULL;
	pcur = NULL;
}
//优化代码
void LTDesTroy2(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		LTNode* Next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = Next;
	}
	free(phead);
	phead = pcur = NULL;
}