双向链表的讲解与实现
- 一、双向链表的结构
- 二、顺序表和双向链表的优缺点分析
- 三、双向链表的实现(使用VS2022)
- 四、代码优化
- [五、完整 List.c 源代码](#五、完整 List.c 源代码)
一、双向链表的结构
带头"跟前面我们说的"头节点"是两个概念，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。
二、顺序表和双向链表的优缺点分析
| 不同点 | 顺序表 | 链表 |
|---|---|---|
| 存储空间上 | 物理上一定连续 | 逻辑上连续，但物理上不一定连续 |
| 随机访问(时间复杂度) | 支持 O(1) | 不支持且为 O(N) |
| 任意位置插入或者删除元素 | 可能需要移动元素，效率为 O(N) | 只需修改指针指向 |
| 插入 | 动态顺序表，空间不够时需要扩容 | 没有容量的概念 |
| 应用场景 | 元素高效存储 + 频繁访问 | 任意位置插入和频繁删除 |
三、双向链表的实现(使用VS2022)
这里用VS2022的C语言来实现双向链表。
这个结构虽然复杂，但是其中特殊的结构会带来很多优势，代码实现很简单。
双向链表常用的增删改查等接口包括：
1.初始化、销毁、打印、判空
2.尾插尾删、头插头删
3.查找、指定插入、指定删除
在 List.h 中：
c
#pragma once
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
LTDataType data;
struct ListNode* prev;
struct ListNode* next;
} ListNode, * pListNode;
// 初始化、销毁、打印、判空
pListNode ListInit();
void ListDestroy(pListNode phead);
void ListPrint(pListNode phead);
bool ListEmpty(pListNode phead);
// 尾插尾删、头插头删
void ListPushBack(pListNode phead, LTDataType x);
void ListPopBack(pListNode phead);
void ListPushFront(pListNode phead, LTDataType x);
void ListPopFront(pListNode phead);
// 查找、指定插入、指定删除
pListNode ListFind(pListNode phead, LTDataType x);
void ListInsert(pListNode pos, LTDataType x);
void ListErase(pListNode pos);1.初始化、销毁、打印、判空
c
// 创建节点封装成函数
pListNode CreateNode(LTDataType x)
{
pListNode temp = (pListNode)malloc(sizeof(ListNode));
if (temp == NULL)
{
perror("malloc failed");
return NULL;
}
temp->data = x;
temp->prev = NULL;
temp->next = NULL;
return temp;
}
// 初始化、销毁、打印、判空
pListNode ListInit()
{
pListNode temp = CreateNode(-1);
temp->next = temp;
temp->prev = temp;
return temp;
}
void ListDestroy(pListNode phead)
{
assert(phead);
pListNode temp = phead->next;
while (temp != phead)
{
pListNode dest = temp->next;
free(temp);
temp = dest;
}
free(temp);
temp = phead = NULL;
}
void ListPrint(pListNode phead)
{
assert(phead);
for (pListNode temp = phead->next; temp != phead; temp = temp->next)
{
printf("%d ", temp->data);
}
printf("\n");
}
bool ListEmpty(pListNode phead)
{
assert(phead);
return phead == phead->next;
}2.尾插尾删、头插头删
c
// 尾插尾删、头插头删
void ListPushBack(pListNode phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
pListNode tail = phead->prev;
pListNode newNode = CreateNode(x);
newNode->prev = tail;
newNode->next = phead;
tail->next = newNode;
phead->prev = newNode;
}
void ListPopBack(pListNode phead)
{
assert(phead);
assert(!ListEmpty(phead));
pListNode tail = phead->prev;
phead->prev = tail->prev;
tail->prev->next = phead;
free(tail);
tail = NULL;
}
void ListPushFront(pListNode phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
pListNode newNode = CreateNode(x);
pListNode first = phead->next;
newNode->next = first;
newNode->prev = phead;
first->prev = newNode;
phead->next = newNode;
}
void ListPopFront(pListNode phead)
{
assert(phead);
assert(!ListEmpty(phead));
pListNode first = phead->next;
phead->next = first->next;
first->next->prev = phead;
free(first);
first = NULL;
}3.查找、指定插入、指定删除
c
// 查找、指定插入、指定删除
pListNode ListFind(pListNode phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
for (pListNode find = phead->next; find != phead; find = find->next)
{
if (find->data == x)
{
return find;
}
}
return NULL;
}
void ListInsert(pListNode pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
pListNode newNode = CreateNode(x);
pListNode prev = pos->prev;
newNode->next = pos;
newNode->prev = prev;
pos->prev = newNode;
prev->next = newNode;
}
void ListErase(pListNode pos)
{
assert(pos); // 非空时pos不能传入哨兵位，不然删除后会丢失整个链表
assert(!ListEmpty(pos));
pListNode prev = pos->prev;
pListNode next = pos->next;
prev->next = next;
next->prev = prev;
free(pos);
pos = NULL;
}四、代码优化
指定插入 包含 尾插头插，指定删除 包含 尾删头删。可以复用两者，提高代码复用率。
c
// 尾插尾删、头插头删
void ListPushBack(pListNode phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
ListInsert(phead, x);
}
void ListPopBack(pListNode phead)
{
assert(phead);
ListErase(phead->prev);
}
void ListPushFront(pListNode phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
ListInsert(phead->next, x);
}
void ListPopFront(pListNode phead)
{
assert(phead);
ListErase(phead->next);
}五、完整 List.c 源代码
c
#include "List.h"
// 创建节点封装成函数
pListNode CreateNode(LTDataType x)
{
pListNode temp = (pListNode)malloc(sizeof(ListNode));
if (temp == NULL)
{
perror("malloc failed");
return NULL;
}
temp->data = x;
temp->prev = NULL;
temp->next = NULL;
return temp;
}
// 初始化、销毁、打印
pListNode ListInit()
{
pListNode temp = CreateNode(-1);
temp->next = temp;
temp->prev = temp;
return temp;
}
void ListDestroy(pListNode phead)
{
assert(phead);
pListNode temp = phead->next;
while (temp != phead)
{
pListNode dest = temp->next;
free(temp);
temp = dest;
}
free(temp);
temp = phead = NULL;
}
void ListPrint(pListNode phead)
{
assert(phead);
for (pListNode temp = phead->next; temp != phead; temp = temp->next)
{
printf("%d ", temp->data);
}
printf("\n");
}
bool ListEmpty(pListNode phead)
{
assert(phead);
return phead == phead->next;
}
// 尾插尾删、头插头删
void ListPushBack(pListNode phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
ListInsert(phead, x);
}
void ListPopBack(pListNode phead)
{
assert(phead);
ListErase(phead->prev);
}
void ListPushFront(pListNode phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
ListInsert(phead->next, x);
}
void ListPopFront(pListNode phead)
{
assert(phead);
ListErase(phead->next);
}
// 查找、指定插入、指定删除
pListNode ListFind(pListNode phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
for (pListNode find = phead->next; find != phead; find = find->next)
{
if (find->data == x)
{
return find;
}
}
return NULL;
}
void ListInsert(pListNode pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
pListNode newNode = CreateNode(x);
pListNode prev = pos->prev;
newNode->next = pos;
newNode->prev = prev;
pos->prev = newNode;
prev->next = newNode;
}
void ListErase(pListNode pos)
{
assert(pos); // 非空时pos不能传入哨兵位，不然删除后会丢失整个链表
assert(!ListEmpty(pos));
pListNode prev = pos->prev;
pListNode next = pos->next;
prev->next = next;
next->prev = prev;
free(pos);
pos = NULL;
}