【初阶数据结构】线性表之双链表

news2025/4/23 19:35:07

文章目录

目录

一、双链表的概念

二、双链表的实现

1.初始化

2.尾插

3.头插

4.打印

5.判断双链表是否为空

6.尾删

7.头删

8.查找

9.在指定的位置之后插入数据

10.删除指定位置的数据

11.销毁

三、完整源码

总结

一、双链表的概念

链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构，分为带头，不带头，单向，双向，循环，不循环。

今天我们要了解的是带头双向循环链表，即双链表。

二、双链表的实现

双链表的定义

在实现双链表前，先简单了解三个指针：

  1. pcur：当前结点
  2. prev：指向当前结点的前一个结点，简称前驱结点
  3. next：指向当前结点的后一个结点，简称后继结点
//定义双链表结构体
typedef int LTDatatype;
typedef struct ListNode {
	LTDatatype data;
	struct ListNode* next;//指向下一个结点，即后继结点
	struct ListNode* prev;//指向上一个结点，即前驱结点
}LTNode;

1.初始化

代码解析：

初始化链表就需要开辟空间，在堆上申请一个结点的空间，用函数buyNode来进行实现，初始时让next,prev指向自己，并返回头结点

LTNode* buyNode(LTDatatype x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("NULL");
		exit(1);
	}
	node->data = x;
	node->next = node->prev = node;
	return node;
}

//初始化
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = buyNode(-1);
	return phead;
}

注：在双链表中，phead会自己指向自己，不会在指向下一个结点时而丢失，next、prev的指向的变化不会影响当前结点，即地址不会发生改变，所以实现双链表的函数都用一级指针。

2.尾插

代码解析：因为要新插入一个数据，所以开辟一个结点的空间(要插入几个结点，就开辟几个结点的空间)。先设置新结点，把新结点的位置插入到当前链表中，让newnode->prev指向尾结点(phead->prev)，newnode->next指向头结点(phead)；再更新原链表的指向，把尾结点(phead->prev)的next指向newnode，头结点(phead)的prev指向newnode.

//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDatatype x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = buyNode(x);
	
//phead phead->prev newnode

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

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

3.头插

代码解析：

和尾插一样需要开辟一个结点大小的空间。先设置新结点，把新结点的位置插入到当前链表中，让newnode->next指向d1(phead->next)，newnode->prev指向头结点(phead)；再改变链表中d1(phead->next)的位置，让d1->prev指向newnode,头结点(phead)的next指向newnode

//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDatatype x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = buyNode(x);
	newnode->next = phead->next;//phead->next为d1
	newnode->prev = phead;

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

注：把newnode插在d1前面是头插，但插在头结点phead前面是尾插

4.打印

代码解析：通过遍历链表来打印结点

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

5.判断双链表是否为空

代码解析：

用bool函数判断头结点是否指向自己，是指向自己就为空

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

6.尾删

代码解析：

先判断链表是否为空，不为空就对最后一个结点进行删除。创建新指针del先保存当前结点(即尾结点phead->prev)，避免变成野指针；让d2(del->prev)的next指向头结点，phead->prev指向d2->prev；最后对尾结点进行释放并置为NULL

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* del = phead->prev;
	//phead del->prev del
	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;

	free(del);
	del = NULL;
}

7.头删

代码解析：

和尾删一样，先判断链表是否为空，不为空就对第一个结点进行删除。这里第一个结点不是头结点是d1。创建新指针del保存当前结点d1(phead->next)，改变链表中的位置，让d2(del->next)的prev指向头结点，头结点的next指向d2(del->next)

//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* del = phead->next;
	//phead del del->next
	del->next->prev = phead;
	phead->next = del->next;

	free(del);
	del = NULL;
}

8.查找

代码解析：

遍历链表中的结点，找到需要查找的结点就返回当前的结点，找不到就返回NULL

//查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDatatype x)
{
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur)
	{
		if (pcur->data = x)
		{
			return pcur;
		}
	}
	return NULL;
}

9.在指定的位置之后插入数据

代码解析：

在指定的位置之后插入数据之前，需要用函数LTFind对其进行查找，避免出错。和前面尾插 头插一样需要申请一个结点空间的大小。先设置新结点，把新结点的位置插入到当前链表中，比如在d2的后面插入一个结点，d2=pos，让newnode->next指向d2->next，newnode->prev指向d2；再改变链表结点的位置，让d3(d2->next)的prev指向newnode,d3指向newnode.

void LTInsert(LTNode* pos, LTDatatype x)
{
	assert(pos);
	LTNode* newnode = buyNode(x);
	//pos newnode pos->next
	newnode->next = pos->next;
	newnode->prev = pos;

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

10.删除指定位置的数据

代码解析：

先断言当前结点是否为空，不为空对其进行删除。比如删除d2,d2=pos,让d2->prev的next指向d2->nxet，在让d2->next的prev指向d2->prev.

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;
}

11.销毁

代码解析：

创建新指针pcur，让pcur从phead->next开始销毁。循环遍历，又创建一个新指针next,让next从pcur->next开始走，保证next走在pcur前面，对下一个结点pcur->next进行保存，避免删除当前结点pcur时出现野指针的情况；保存好pcur->next就对当前pcur进行释放，让pcur继续往后走pcur=next，一直循环释放，只剩头结点就跳出循环。最后对头结点进行释放并置为空。

void LTDesTroy(LTNode* phead)
{
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

三、完整源码

List.h

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

//定义双链表结构体
typedef int LTDatatype;
typedef struct ListNode {
	LTDatatype data;
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
}LTNode;

//初始化
LTNode* LTInit();

//打印
void LTPrint(LTNode* phead);
//bool类型判断
bool LTEmpty(LTNode* phead);
//查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDatatype x);

//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDatatype x);

//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDatatype x);

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);

//头删
void LTPopFront(LTNode* phead);

//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDatatype x);

//删除pos位置数据
void LTErase(LTNode* pos);

//销毁
void LTDesTroy(LTNode* phead);

List.c

#include"List.h"

LTNode* buyNode(LTDatatype x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("NULL");
		exit(1);
	}
	node->data = x;
	node->next = node->prev = node;
	return node;
}

//初始化
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = buyNode(-1);
	return phead;
}

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

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


//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDatatype x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = buyNode(x);
	//phead phead->prev newnode
	newnode->prev = phead->prev;
	newnode->next = phead;

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

//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDatatype x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = buyNode(x);
	newnode->next = phead->next;//phead->next为d1
	newnode->prev = phead;

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

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* del = phead->prev;
	//phead del->prev del
	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;

	free(del);
	del = NULL;
}

//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* del = phead->next;
	//phead del del->next
	del->next->prev = phead;
	phead->next = del->next;

	free(del);
	del = NULL;
}

//查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDatatype x)
{
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur)
	{
		if (pcur->data = x)
		{
			return pcur;
		}
	}
	return NULL;
}

//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDatatype x)
{
	assert(pos);
	LTNode* newnode = buyNode(x);
	//pos newnode pos->next
	newnode->next = pos->next;
	newnode->prev = pos;

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

//删除pos位置数据
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
void LTDesTroy(LTNode* phead)
{
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

Test.c

#include"List.h"

void test()
{
	//LTNode* plist = NULL;
	//LTInit(&plist);

	//尾插
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);
	LTPrint(plist);

	//头插
	//LTNode* plist = LTInit();
	//LTPushFront(plist, 1);
	//LTPushFront(plist, 2);
	//LTPushFront(plist, 3);
	//LTPushFront(plist, 4);
	//LTPrint(plist);

	//尾删
	//LTPopBack(plist);
	//LTPrint(plist);
	//LTPopBack(plist);
	//LTPrint(plist);
	//LTPopBack(plist);
	//LTPrint(plist);

	//头删
	//LTPopFront(plist);
	//LTPrint(plist);
	//LTPopFront(plist);
	//LTPrint(plist);
	//LTPopFront(plist);
	//LTPrint(plist);

	//在pos位置之后插入数据
	//LTNode* find = LTFind(plist, 4);
	//if (find == NULL)
	//{
	//	printf("无\n");
	//}
	//else {
	//	printf("有\n");
	//}
	//LTInsert(find, 77);
	//LTErase(find);
	//LTPrint(plist);

	//销毁
	LTDesTroy(plist);
	plist = NULL;


}

int main()
{
	test();
	return 0;
}

总结

非常感谢大家阅读完这篇博客。希望这篇文章能够为您带来一些有价值的信息和启示。如果您有任何问题或建议，欢迎在评论区留言，我们一起交流学习。

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