【数据结构】双链表

小宇成长录2023-08-12 11:34

【数据结构】双链表

  • [一. 前言](#一. 前言)
  • [二. 带头双向链表接口实现](#二. 带头双向链表接口实现)
  • [三. 初始化](#三. 初始化)
      • [4. 打印](#4. 打印)
      • [5. 尾插](#5. 尾插)
      • [6. 尾删](#6. 尾删)
      • [7. 头插](#7. 头插)
      • [8. 头删](#8. 头删)
      • [9. 计算节点个数](#9. 计算节点个数)
      • [10. 查找数据](#10. 查找数据)
      • [11. 在任意位置插入数据](#11. 在任意位置插入数据)
      • [12. 在任意位置删除数据](#12. 在任意位置删除数据)
      • [13. 销毁](#13. 销毁)
  • [四. 如何10分钟内完成一个完整双链表](#四. 如何10分钟内完成一个完整双链表)

一. 前言

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。

二. 带头双向链表接口实现

1.准备工作

由于实际开发项目中，项目的实现都是采用模块化的方式实现。所以博主在这也采用了模块化的方式。

c 复制代码 
#pragma once

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;//下一个节点指针
	struct ListNode* prev;//上一个节点指针
	LTDataType data;//数据域
}LTNode;

为了后续函数功能实现过程中数据类型书写方便性，我们将struct ListNode重命名为LTNode。

同时后续好修改数据域类型，我们将数据域类型int重命名为LTDataType.

2. 创建一个节点

不管是后续插入数据还是初始化，我们都先要创建一个节点来存储数据。

所以我们在这设计了一个相关函数，从而避免大量重复的工作。

代码实现：

c 复制代码 
LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}

	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->data = x;
	return newnode;
}

三. 初始化

初始化时，我们支持需要创建一个节点作为哨兵位，并将两个指针同时指向自己即可。

代码实现：

c 复制代码 
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = BuyLTNode(0);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}

4. 打印

打印比较简单。但需要注意我们是从哨兵位的下一个节点开始打印。

代码实现：

c 复制代码 
void LTPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;//哨兵位下一个节点
	printf("phead<=>");
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<==>", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

5. 尾插

带头双链表的尾插比较简单。

我们通过哨兵位向前访问即可得到尾节点。在插入数据即可。

代码实现：

c 复制代码 
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* tail = phead->prev;//尾节点
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);//要插入节点
	//插入
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

6. 尾删

【代码思路】：尾删首先要判断是否还有节点可删。若有，找到尾节点以及尾节点的前一个结点。在释放尾节点，并将新的尾节点和哨兵位链接起来即可。

代码实现：

c 复制代码 
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead != phead->next);//还有节点可删

	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailPrev = tail->prev;
	free(tail);

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

7. 头插

要实现头插，首先要强调是插到哨兵位的后面。

【代码思路】：直接将哨兵位，哨兵位的下一个节点以及新节点链接起来即可。

代码实现：

c 复制代码 
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* tail = phead->next;
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);

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

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

8. 头删

【代码思路】：头删和尾删一样，需要是否还有节点可删。若还有元素可删，需要保存哨兵位后面两个节点first、second。再释放掉first后，将哨兵位和second链接起来。

代码实现：

c 复制代码 
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead != phead->next);

	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = first->next;
	free(first);

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

9. 计算节点个数

【代码思路】：首先保存哨兵位的下一个节点。然后开始向后遍历访问，每次个数加1，直到某节点的下一个节点指向哨兵位为止。

代码实现：

c 复制代码 
int LTSize(LTNode* phead)
{
	LTNode* cur = phead->next;
	int count = 0;
	while (cur != phead)
	{
		count++;
		cur = cur->next;
	}
	return count;
}

Tips:

  • 可能有部分学者已经注意到或在一些书籍上看到过以下思路：哨兵位的数据域是随机值，是否可以将它用于记录节点个数。每次进行增删查改等操作时，对其进行加1/减1。不仅更加方便得知节点个数，同时还避免该接口的实现。
  • 在这里博主不在这建议这样做，又或者说大部分情况是不能这样做的。原因在于：我们在本篇博客中，数据域为整型，可以用于记录节点个数大下。但在实际开发过程中，数据域可能存储的是浮点数或结构体什么的，那上述思路将导致结果错误。

10. 查找数据

【代码思路】：查找数据，从哨兵位的下一个节点开始，遍历查找。找到返回数据地址，否则返回空指针。

代码实现：

c 复制代码 
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
			return cur;
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

11. 在任意位置插入数据

【代码思路】：首先需要强调的是，不管是链表还是顺序表，插入数据默认都是前插，在这里也一样。插入数据、插入位置节点、以及前一个结点链接起来即可。

我们直接将

代码实现：

c 复制代码 
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);

	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;

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

12. 在任意位置删除数据

【代码思路】：将该位置前一个和后一个节点链接起来后，再将该位置节点释放。

代码实现：

c 复制代码 
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);

	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* posNext = pos->next;
	free(pos);

	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
}

13. 销毁

由于上述节点都是动态开辟的，使用往后需要销毁，释放内存。

代码实现：

c 复制代码 
void LTDestory(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(phead);
}

四. 如何10分钟内完成一个完整双链表

在实际开发过程中，我们一般实现实现任意位置插入删除接口的。然后在头插/删和尾插/删等接口中，调用上述两个接口，从而快速达到目的。

List.h:

c 复制代码 
#pragma once

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

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	LTDataType data;
}LTNode;

LTNode* BuyLTNode(LTDataType x);//创建节点

LTNode* LTInit();//初始化
void LTPrint(LTNode* phead);//打印

//在pos之前插入x
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//删除pos位置节点
void LTErase(LTNode* pos);

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);//尾插
void LTPopBack(LTNode* phead);//尾删
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);//头插
void LTPopFront(LTNode* phead);//头删

int LTSize(LTNode* phead);//节点大小
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);//查找
void LTDestory(LTNode* phead);//销毁

List.c:

c 复制代码 
#include "List.h"


LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)//创建节点
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}

	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->data = x;
	return newnode;
}


LTNode* LTInit()//初始化
{
	LTNode* phead = BuyLTNode(0);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}


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


void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)//任意位置插入
{
	assert(pos);
	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);

	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;

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

void LTErase(LTNode* pos)//任意位置删除
{
	assert(pos);

	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* posNext = pos->next;
	free(pos);

	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
}


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


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


void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)//头插
{
	assert(phead);
	LTInsert(phead->next, x);
}


void LTPopFront(LTNode* phead)//头删
{
	assert(phead);
	assert(phead != phead->next);
	LTErase(phead->next);
}


int LTSize(LTNode* phead)//节点大小
{
	LTNode* cur = phead->next;
	int count = 0;
	while (cur != phead)
	{
		count++;
		cur = cur->next;
	}
	return count;
}


LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)//查找数据
{
	assert(phead);

	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
			return cur;
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}


void LTDestory(LTNode* phead)//销毁
{
	assert(phead);

	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(phead);
}


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