C语言进阶——数据结构之链表（续）

不吃肉的Humble2024-01-25 14:19

前言

hello，大家好呀，我是Humble，本篇博客承接之前的C语言进阶------数据结构之链表

的内容**（没看过的小伙伴可以从我创建的专栏C语言进阶之数据结构 找到那篇文章并阅读后在回来哦~），上次我们重点说了链表中的单链表**，即不带头单向不循环链表

还说到了链表的分类虽然有8种，但实际上最常用的还是单链表和双向链表（带头双向循环链表）

所以今天我们就来讲讲双向链表的实现吧~

双向链表的结构

下面是双向链表的一个图示：

双向链表，全称为带头双向循环链表

双向与循环这2个概念很好理解，所以我们下面看一下什么是带头

这个"带头"跟之前我们说的"头节点"是两个概念，

实际前面在说单链表时有称呼并不严谨，但是为了大家更好的理解就直接称为单链表的头节点

带头链表里的头节点，实际为**"哨兵位"，哨兵位**节点不存储任何有效元素，只是站在这里"放哨 的

哨兵位"存在的意义： 遍历循环链表避免死循环

对于双向链表的节点，我们这样定义：

typedef int LTDataType;

typedef struct ListNode

{

LTDataType data;

struct ListNode* next; //指针保存下一个节点的地址

struct ListNode* prev; //指针保存前一个节点的地址

}LTNode;

双向链表的实现

下面我们来实现一下双向链表的各个功能

其实当我们掌握了单链表的各个操作后，我们会发现其实双向链表虽然在结构上看着比单链表复杂不少，但在实现上并不难~

我们首先在VS上创建一个List的工程，再分别创建List.h头文件，List.c源文件以及Test.c测试文件，在这之上，我们依次去实现双向链表的各个功能~

初始化 LTInit

首先是初始化，因为双向链表多了一个头节点，即哨兵位，所以我们需要对其初始化~

代码如下：

LTNode* LTInit() //对哨兵位初始化~
{
	LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
    if (phead == NULL) 
    {
	 perror("malloc fail!");
	 exit(1);
    }
   phead->data = -1;
   phead->next =phead->prev =phead;

	return phead;

}

下面来测试一下~

void ListTest() 
{

	LTNode* plist = LTInit();

}

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

这里我们通过调试来观察一下初始化是否成功：

另外，因为我们后面还要多次用到申请节点空间，所以我们单独封装一个函数LTBuyNode，

这样后面再使用只需要调用它就可以了

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

	return newnode;
}

同时，关于上面初始化的代码我们也可以进行简化：

LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = LTBuyNode(-1);

	return phead;
}

尾插LTPushBack

好，有了这样一个链表，下面我们实现一下尾插LTPushBack

代码如下：

//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x) 
{
	assert(phead);	//phead不能为空
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);

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

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

同样，我们在Test.c文件中进行测试

void ListTest() 
{
	LTNode* plist = LTInit();

	//尾插
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);
}





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

调试后，，结果如下：

这样尾插的功能就实现了~

不过，我们后续如果一直用调试的方式去观察未免有些麻烦，所以这里我们也封装一个打印的函数

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

有了打印函数，我们再测试尾插，只要运行代码就可以了

结果如下：

头插LTPushFront

接下来，我们来实现一下头插LTPushFront

关于头插，有一个需要注意的点，头插要插在第一个、有效节点之前，而不是在哨兵位之前

头插代码如下：

//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x) 
{
	assert(phead);

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

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

老规矩，写完后，我们来测试一下：

void ListTest() 
{
	LTNode* plist = LTInit();

	//头插
	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4);
	LTPrint(plist);

}

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

尾删 LTPopBack

写删除操作时要注意：当链表为空时（只有一个哨兵位节点），要assert断言

代码如下：

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	//链表为空：只有一个哨兵位节点
	assert(phead->next != phead);

	LTNode* del = phead->prev;
	LTNode* prev = del->prev;

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

	free(del);
	del = NULL;


}

下面是测试代码以及结果：

void ListTest() 
{
	LTNode* plist = LTInit();

	
	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4);
	


     //尾删
    LTPopBack(plist);
    LTPrint(plist);
    printf("\n");

    LTPopBack(plist);
    LTPrint(plist);
    printf("\n");

    LTPopBack(plist);
    LTPrint(plist);

}



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

头删LTPopFront

接下来我们来实现头部删除LTPopFront

直接上代码：

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

	LTNode* del = phead->next;
	LTNode* next = del->next;

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

	free(del);
	del = NULL;
}

下面来测试：

void ListTest() 
{
	LTNode* plist = LTInit();

	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4);
	

	//头删
	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);
	printf("\n");

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);
	printf("\n");

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);
	printf("\n");
}

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

运行结果如下：

查找LTFind

在前面我们已经实现了插入的4种操作，下面我们看一下查找

代码如下：

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

}

来测试一下吧~

void ListTest() 
{
	LTNode* plist = LTInit();
    LTPushFront(plist, 1);
    LTPushFront(plist, 2);
    LTPushFront(plist, 3);
    LTPushFront(plist, 4);

	LTNode* findRet = LTFind(plist, 3);

	if (findRet == NULL) 
	    printf("未找到！\n");
	
	else 
		printf("找到了！\n");
}



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

在指定位置之后插入数据LTInsert

插入代码如下：

//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x) 
{
	assert(pos);
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);

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

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

测试代码如下：

void ListTest()
{
	LTNode* plist = LTInit();

	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4); //4->3->2->1->

	LTNode* findRet = LTFind(plist, 3);

	LTInsert(findRet,66); //预期结果为 //4->3->66->2->1->
	LTPrint(plist);

}



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

运行结果：

删除pos位置的数据LTErase

删除代码如下：

//删除pos位置的数据
void LTErase(LTNode * pos) 
{
	assert(pos);

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

}

下面我们来进行测试~

void ListTest()
{
	LTNode* plist = LTInit();

	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4); //4->3->2->1->

	LTNode* findRet = LTFind(plist, 3);

	LTErase(findRet);
	LTPrint(plist); //预期结果为：4->2->1->
}


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

链表的销毁LTDestroy

最后我们看一下双向链表的销毁LTDestroy

注意：我们这里的函数要传的是地址，也就是要用到二级指针，因为这里我们直接要对链表的哨兵位做修改，要与前面的代码相区分哦~

销毁的代码如下：

void LTDesTroy(LTNode** pphead) 
{
	assert(pphead);
	//哨兵位不能为空
	assert(*pphead);

	LTNode* pcur = (*pphead)->next;
	while (pcur != *pphead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	//链表中只有一个哨兵位
	free(*pphead);
	*pphead = NULL;
}

至于销毁操作的调试，大家可以自行测试，这里就不再赘述了

到此，我们就把双向链表的操作给讲完了

事实上学会了单链表和双向链表的操作，即使将来遇到链表的其他6种类型也可以游刃有余，很快上手并解决问题的，所以建议大家还是要好好掌握单链表和双向链表的操作~

结语

好了，今天关于链表的分享就到这里了，如果对大家有帮助就太好啦~

在学习编程的道路上Humble与各位同行,加油吧各位！

最后，希望大家点个免费的赞或者关注吧（感谢感谢），也欢迎大家订阅我的专栏

让我们在接下来的时间里一起成长，一起进步吧！

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