【探索数据结构与算法】——深入了解双向链表(图文详解)

news2024/11/15 8:58:23

目录

一、双向链表的基本概念 ​​​

二、双向链表的结构

三、双向链表的基本操作实现方法 

1.双向链表的初始化

2.双向链表的头插

3.双向链表的尾插

6.查找节点

7.在指定位置之前插入节点

8.删除指定位置节点

9.打印链表数据 

 10.双向链表销毁

四、完整代码实现 

LIst.h

List.c


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⏩ 文章专栏:探索数据结构与算法

一、双向链表的基本概念 ​​​

双向链表是一种常见的数据结构,与单向链表类似,但它允许我们从两个方向遍历链表:向前和向后。每个节点包含三个部分:一个数据元素和两个指针,一个指向链表中的前一个节点,另一个指向链表中的下一个节点。

一般情况下,我们所说的双向链表指的是带头节点,双向,循环链表,以下若无特殊说明,均代表此含义。

二、双向链表的结构

双向链表中的每个节点通常包含以下部分:

  1. 数据元素:可以是任何类型的数据,如整数、浮点数、字符串或对象。
  2. prev 指针:指向前一个节点的指针。
  3. next 指针:指向下一个节点的指针。相比单链表只有独立存在的每个节点,双向链表多了哨兵位节点,该节点作为头结点,不存储有效数据,只有指向第一个有效节点的next指针和指向尾节点的prev指针。
    只要链表存在,哨兵位节点就存在

 相比单链表只有独立存在的每个节点,双向链表多了哨兵位节点,该节点作为头结点,不存储有效数据,只有指向第一个有效节点的next指针和指向尾节点的prev指针。
只要链表存在,哨兵位节点就存在

三、双向链表的基本操作实现方法 

  1. 初始化顺序表中的数据。
  2. 对顺序表进行头插(开头插入数据)。
  3. 对顺序表进行尾插插(末尾插入数据)。
  4. 对顺序表进行头删(开头删除数据)。
  5. 对顺序表进行尾删(末尾删除数据)。
  6. 对顺序表进行查找。
  7. 7.在指定位置之前插入节点
  8. 删除指定位置节点。
  9. 打印顺序表中的数据。
  10. .双向链表销毁
1.双向链表的初始化

双向链表的初始化也就是创建一个哨兵位节点,所以实现初始化之前需要先封装一个节点申请函数

单独封装的申请节点函数

  • 动态申请节点大小的空间
  • 判空
  • 通过形参接受的数据初始化节点数据部分
  • next指针和prev指针都指向自身(因为双向链表是循环链表)
  • 返回节点地址

LTNode* NewNode(LTDataType x)//申请节点
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("NewNode\n");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;//根据参数初始化数据
	newnode->next = newnode->prev = newnode;//两个指针初始都指向自身
	return newnode;
}

双向链表初始化

  • 调用申请节点函数创建一个哨兵位节点,作为链表的头结点
  • 返回链表头结点地址

注意:

双向链表因为有哨兵位的存在,链表始终不为空,哨兵位节点不会被改变,所以不再需要传递地址,以及用二级指针接收。这一点区别于单链表实现

LTNode* LTInit()            //链表初始化
{
	LTNode* newnode = NewNode(-1);
	return newnode;
}
2.双向链表的头插

双向链表头插

  • 头插就是将新节点插入到哨兵位节点和第一个有效节点之间
  • 形参接收一个哨兵位地址和要插入的数据
  • 首先对哨兵位地址判空,判断链表结构是否正常
  • 申请新节点,存入要插入的数据

  • 接下来是移动指针

  • 一般情况下应当先调整新节点的指针,因为新节点指针调整不会影响到原链表:

  • 新节点prev指向哨兵位,next指向哨兵位的next所指向节点

  • 然后,调整第一个有效节点的prev指针,不再指向哨兵位而是指向新节点;调整哨兵位

  • next指针,不再指向原来的第一个有效节点,而是指向新节点

  • 新节点插入完成

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)//头插
{
	assert(phead);//判空
	LTNode* newnode = NewNode(x);//申请节点
 
	newnode->next = phead->next;//改变新节点指针指向
	newnode->prev = phead;
 
	phead->next->prev = newnode;//改变原链表相关节点指针指向
	phead->next = newnode;
 
}

3.双向链表的尾插

双向链表尾删

  • 尾删就是将双向链表的最后一个有效节点删除
  • (尾删的前提是至少存在一个有效节点)
  • 首先创建一个指针del指向要删除的节点(哨兵位prev指向节点)
  • 然后将倒数第二个节点的next指针指向哨兵位
  • 将哨兵位的prev指针指向倒数第二个节点
  • 指针修改完成,此时倒数第二个节点成为最后一个节点,释放del指向的节点
  • (如果删除之前链表只有一个节点,删除完之后只剩下一个哨兵位节点,两个指针都指向自己)

void LTPopBack(LTNode* phead)		//尾删
{
	assert(phead && phead->next != phead);//判空
	LTNode* del = phead->prev;//暂时存储要删除的节点
 
	del->prev->next = phead;//移动指针
	phead->prev = del->prev;
 
	free(del);//释放节点空间
	del = NULL;
}
4.双向链表的头删 

双向链表头删

  • 头删就是将双向链表第一个有效节点删除
  • (头删的前提是链表至少存在一个有效节点)
  • 首先创建一个指针del指向要删除的节点(哨兵位节点next指向的节点)
  • 然后将第二个有效节点的prev指针指向哨兵位节点
  • 哨兵位节点的next指针指向第二个有效节点
  • 指针修改完成,此时第二个有效节点成为链表的第一个有效节点,释放del指向的节点
  • (如果删除之前链表只有一个节点,删除完之后只剩下一个哨兵位节点,两个指针都指向自己)

void LTPopFront(LTNode* phead)		//头删
{
	assert(phead && phead->next != phead);//判空
	LTNode* del = phead->next;//暂时存储要删除的节点
 
	del->next->prev = phead;//移动指针
	phead->next = del->next;
 
	free(del);//释放节点空间
	del = NULL;
}

5.双向链表的尾删

双向链表尾删

  • 尾删就是将双向链表的最后一个有效节点删除
  • (尾删的前提是至少存在一个有效节点)
  • 首先创建一个指针del指向要删除的节点(哨兵位prev指向节点)
  • 然后将倒数第二个节点的next指针指向哨兵位
  • 将哨兵位的prev指针指向倒数第二个节点
  • 指针修改完成,此时倒数第二个节点成为最后一个节点,释放del指向的节点
  • (如果删除之前链表只有一个节点,删除完之后只剩下一个哨兵位节点,两个指针都指向自己)

void LTPopBack(LTNode* phead)		//尾删
{
	assert(phead && phead->next != phead);//判空
	LTNode* del = phead->prev;//暂时存储要删除的节点
 
	del->prev->next = phead;//移动指针
	phead->prev = del->prev;
 
	free(del);//释放节点空间
	del = NULL;
}

6.查找节点

双向链表查找(根据数据查找节点)

  • 首先对哨兵位地址判空,否则可能对空地址解引用
  • 创建一个遍历链表的指针,从第一个有效节点开始,将节点数据与要查找的数据进行比对,如果相同返回节点地址
  • 出循环,说明未找到,返回NULL
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)//查找节点
{
	assert(phead);//判空
 
	LTNode* pcur = phead->next;//遍历链表的指针
 
	while (pcur!= phead)
	{
		if (pcur->data == x)
			return pcur;
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;
}
7.在指定位置之前插入节点

双向链表在指定位置之前插入节点:

插入的前提是指定位置存在
申请新节点,存入要插入的数据
调整指针:
临时创建一个指针prev指向指定位置节点的perv指向节点
新节点next指针指向指定位置节点,prev指针指向prev节点
然后再修改原链表指针:
指定位置节点的prev指针指向新节点,prev节点的next指针指向新节点
新节点插入完成

void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)//在pos位置之前插入数据
{
	assert(pos);//判空
	LTNode* newnode = NewNode(x);//申请新节点
 
	newnode->next = pos;//改变新节点指针指向
	newnode->prev = pos->prev;
 
	pos->prev->next = newnode;//改变原链表相关节点指针指向
	pos->prev = newnode;
 
}

8.删除指定位置节点

双向链表删除指定位置节点

  • 删除指定节点的前提是该节点必须存在
  • 首先创建一个指针del指向要删除的节点
  • 然后将该节点的前一个结点的next指针指向它的后一个节点,后一个节点的prev指针指向他的前一个节点
  • 释放该节点
  • (如果删除之前链表只有一个节点,删除完之后只剩下一个哨兵位节点,两个指针都指向自己)

void LTErase(LTNode* pos)//删除指定位置节点
{
	assert(pos);//判空
	pos->next->prev = pos->prev;//改变要删除节点的前后节点指针指向
	pos->prev->next = pos->next;
 
	free(pos);
	pos = NULL;
 
}

9.打印链表数据 

双向链表数据打印

  • 首先对地址判空,防止对空地址解引用
  • 创建一个遍历链表的指针,从第一个有效节点打印数据,然后向后移动,直到指针遍历到哨兵位
void LTPrint(LTNode* phead)  //链表数据打印
{
	assert(phead);//判空
	LTNode* pcur = phead->next;//遍历链表的指针
 
	while (pcur != phead)//打印数据
	{
		printf("%d->", pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}
 10.双向链表销毁

双向链表的销毁

从第一个有效节点开始,创建指针循环遍历链表:
创建next指针临时保存下一个节点,释放本节点,遍历指针指向next节点
循环至有效节点全部被释放
然后将哨兵位节点释放,指针置空,销毁完成
注意:

为了与其他配套函数的参数保持一致,这里的参数本该用二级指针接收,却用一级指针接收。出函数后,需要手动将哨兵位指针置空

oid LTDestroy(LTNode* phead)//链表销毁
{
	assert(phead);//判空
	LTNode* pcur = phead->next;//遍历链表的指针
 
	while (pcur != phead)//从第一个有效节点开始,逐个释放节点
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	free(phead);//释放哨兵位节点
	phead = NULL;
 
}

四、完整代码实现 

LIst.h
//List.h 双链表头文件
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
 
typedef int LTDataType;//数据类型重定义,可以是任意数据类型
typedef struct ListNode//双向链表节点结构
{
	LTDataType data;//数据
	struct ListNode* prev;//指向前一个节点的指针
	struct ListNode* next;//指向下一个节点的指针
}LTNode;
 
LTNode* NewNode(LTDataType x);//申请节点
LTNode* LTInit();             //链表初始化
 
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);//头插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);//尾插
 
void LTPopBack(LTNode* phead);		//尾删
void LTPopFront(LTNode* phead);		//头删
 
 
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);//查找节点
 
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);//在pos位置之后插入数据
void LTErase(LTNode* pos);//删除指定位置节点
 
void LTPrint(LTNode* phead);  //链表数据打印
void LTDestroy(LTNode* phead);//链表销毁
List.c
//DouSList.c  双链表源文件
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"DouSList.h"
 
LTNode* NewNode(LTDataType x)//申请节点
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("NewNode\n");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;//根据参数初始化数据
	newnode->next = newnode->prev = newnode;//两个指针初始都指向自身
	return newnode;
}
LTNode* LTInit()            //链表初始化
{
	LTNode* newnode = NewNode(-1);
	return newnode;
}
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)//头插
{
	assert(phead);//判空
	LTNode* newnode = NewNode(x);//申请节点
 
	newnode->next = phead->next;//改变新节点指针指向
	newnode->prev = phead;
 
	phead->next->prev = newnode;//改变原链表相关节点指针指向
	phead->next = newnode;
 
}
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)//尾插
{
	assert(phead);//判空
	LTNode* newnode = NewNode(x);//申请节点
 
	newnode->next = phead;//改变新节点指针指向
	newnode->prev = phead->prev;
 
	phead->prev->next = newnode;//改变原链表相关节点指针指向
	phead->prev = newnode;
}
 
 
void LTPopFront(LTNode* phead)		//头删
{
	assert(phead && phead->next != phead);//判空
	LTNode* del = phead->next;//暂时存储要删除的节点
 
	del->next->prev = phead;//移动指针
	phead->next = del->next;
 
	free(del);//释放节点空间
	del = NULL;
}
 
void LTPopBack(LTNode* phead)		//尾删
{
	assert(phead && phead->next != phead);//判空
	LTNode* del = phead->prev;//暂时存储要删除的节点
 
	del->prev->next = phead;//移动指针
	phead->prev = del->prev;
 
	free(del);//释放节点空间
	del = NULL;
}
 
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)//查找节点
{
	assert(phead);//判空
 
	LTNode* pcur = phead->next;//遍历链表的指针
 
	while (pcur!= phead)
	{
		if (pcur->data == x)
			return pcur;
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;
}
 
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)//在pos位置之前插入数据
{
	assert(pos);//判空
	LTNode* newnode = NewNode(x);//申请新节点
 
	newnode->next = pos;//改变新节点指针指向
	newnode->prev = pos->prev;
 
	pos->prev->next = newnode;//改变原链表相关节点指针指向
	pos->prev = newnode;
 
}
 
void LTErase(LTNode* pos)//删除指定位置节点
{
	assert(pos);//判空
	pos->next->prev = pos->prev;//改变要删除节点的前后节点指针指向
	pos->prev->next = pos->next;
 
	free(pos);
	pos = NULL;
 
}
 
void LTPrint(LTNode* phead)  //链表数据打印
{
	assert(phead);//判空
	LTNode* pcur = phead->next;//遍历链表的指针
 
	while (pcur != phead)//打印数据
	{
		printf("%d->", pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}
 
void LTDestroy(LTNode* phead)//链表销毁
{
	assert(phead);//判空
	LTNode* pcur = phead->next;//遍历链表的指针
 
	while (pcur != phead)//从第一个有效节点开始,逐个释放节点
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	free(phead);//释放哨兵位节点
	phead = NULL;
 
}

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