初阶数据结构

第一章 时间复杂度和空间复杂度
第二章 动态顺序表的实现
第三章 单向链表的讲解与实现
第四章 带头双向链表的讲解与实现

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前言

上一章节中，我们学习了无头指针的单向链表的逻辑和代码实现，但是我们发现这种单向结构在使用的时候是存在很大的弊端的，比如说我们无法通过中间的某个节点直接找到他前一个节点，只能从头开始遍历。这是非常低效地一种方式。为了解决链表的单向性，我们本章节将介绍一个双向链表。
同时，由于上一章节中，我们的链表是不带头节点的，即没有哨兵位。因此，我们在实现接口函数的时候大概率要单独讨论链表为空的情况。那么本章节将介绍一种带头的链表，从而统一各种情况下的处理方式。
综上，我们就引出了我们今天的主题：带头双向链表

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一、什么是头节点（哨兵位）

在上述的双向链表中，在第一个节点的前面多出了一个节点，这个节点的数据域是没有用处的。但是头节点的指针域具有很重要的作用，它的指向后方节点的指针域记录了第一个节点的地址。指向前方节点的指针域记录了最后一个节点的地址。
那么这样设置一个头节点有什么作用呢？
最大的作用就是让链表中的节点个数始终不为0，什么意思呢？我们看下方图示：

我们发现，即使链表为空，头节点依旧存在，其妙处将在下面实现接口函数的时候体现出来。

二、双向链表结点的定义

typedef int ElementType;
typedef struct DListNode
{
    struct DListNode* next;
    struct DlistNode* prev;
    ElementType data;
}DLTnode;

三、接口函数的实现

1、初始化

初始化，即开辟一个头节点，然后让这个头节点的前后指针域都指向自己。

DLTnode* DListInit()
{
    DLTnode* phead = (DLTnode*)malloc(sizeof(DLTnode));
    phead->next = phead;
    phead->prev = phead;
    return phead;
}

2、尾插

尾插的逻辑如下图所示：

void DListPushBack(DLTnode* phead, ElementType dat)
{
    assert(phead != NULL);
    DLTnode* newnode = (DLTnode*)malloc(sizeof(DLTnode));
    newnode->data = dat;
    DLTnode* tail = phead->prev;
    tail->next = newnode;
    newnode->prev = tail;
    newnode->next = phead;
    phead->prev = newnode;
}

我们发现上述代码并没有单独讨论空链表的情况，这就是头节点的好处，之所以不用讨论就是因为节点的个数不可能为0，最少也包括一个头节点。

3、头插

void DListPushFront(DLTnode* phead, ElementType dat)
{
    assert(phead != NULL);
    DLTnode* newnode = (DLTnode*)malloc(sizeof(DLTnode));
    newnode->data = dat;
    newnode->next = phead->next;
    phead->next->prev = newnode;
    phead->next = newnode;
    newnode->prev = phead;

}

4、尾删

void DListPopBack(DLTnode* phead)
{
    assert(phead != NULL);
    assert(phead->next!=phead);//防止删掉头节点
    DLTnode* tail = phead->prev;
    DLTnode*tailprev=tail->prev;
    tailprev->next = phead;
    phead->prev = tailprev;
    free(tail);
    tail = NULL;

}

5、头删

void DListPopFront(DLTnode* phead)
{
    assert(phead!=NULL);
    assert(phead->next!=phead);//防止删掉头节点
    DLTnode* First = phead->next;
    DLTnode* second = phead->next->next;
    phead->next = second;
    second->prev = phead;
    free(First);
    First = NULL;
}

6、打印

打印的逻辑非常简单，就是从头遍历一遍即可，但是需要注意的是，这是一个循环链表，如果我们不加限制条件的话，他会一直循环下去。所以，我们这里需要加上判断条件。

void DListPrint(DLTnode* phead)
{
    assert(phead != NULL);
    DLTnode* cur = phead->next;
    while (cur != phead)
    {
        printf("%d ", cur->data);
        cur = cur->next;
    }
    printf("\n");
    
}

7、查找

逻辑同查找一致。

DLTnode* DListFind(DLTnode* phead, ElementType dat)
{
    assert(phead!=NULL);
    DLTnode* cur = phead->next;
    while (cur != phead)
    {
        if (cur->data == dat)
        {
            return cur;
        }
        else
        {
            cur = cur->next;
        }
    }
    return NULL;
}

8、随机插入

void DListInsert(DLTnode*pos,ElementType dat)
{
    DLTnode* newnode = (DLTnode*)malloc(sizeof(DLTnode));
    newnode->data = dat;
    DLTnode* posprev = pos->prev;
    posprev->next = newnode;
    newnode->prev = posprev;
    newnode->next = pos;
    pos->prev = newnode;
}

9、随机删除

void DListErase(DLTnode*pos)
{
    DLTnode*posprev = pos->prev;
    DLTnode* posnex = pos->next;
    posprev->next = posnex;
    posnex->prev = posprev;
    free(pos);
    pos = NULL;
}

10、销毁

销毁的逻辑和单链表一样，逐个遍历，逐个销毁，但是注意野指针问题！！

void DListDestory(DLTnode** pphead)
{
    DLTnode* cur = (*pphead)->next;
    while (cur != *pphead)
    {
        DLTnode* curnex = cur->next;
        free(cur);
        cur = curnex;
    }
    free(*pphead);
    *pphead = NULL;
    cur = NULL;
}