C语言实现双向链表

XiaoCCCcCCccCcccC2024-07-04 14:22

1.双向链表的结构

注：这里的"带头"跟"头节点"是两个概念，单链表节点称呼不严谨。其实，在带头链表中的头节点，实际为"哨兵位"，哨兵位节点不存储任何有效元素。"哨兵位"存在的意义是遍历循环链表时避免死循环。

通过名字可以看出，双向链表实际上是带头双向循环链表。相对于之前的单链表来说，带头的意思是存在一个"哨兵位"，故双向链表需要初始化，初始化就是创建一个"哨兵位节点"，双向的意思表示这个链表既能从前往后也能从后往前，所以在双向链表的结构里面应该也含有一个向前指向的指针prev，为了实现循环的效果，在每次创建新的节点是，该节点的next指针和prev指针都应该指向自己。下列是双向链表节点的结构：

cpp 复制代码 
typedef struct ListNode
{
	LTDataType val;
	struct ListNode* prev;
	struct ListNode* next;
}LTNode;

2.实现双向链表

2.1头文件List.h

cpp 复制代码 
#pragma once

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

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

//双向链表为空时，只有一个头节点
void LTInit(LTNode** pphead);
//LTNode* LTInit();
void LTDestroy(LTNode* phead);
void LTPrint(LTNode* phead);

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPopBack(LTNode* phead);

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPopFront(LTNode* phead);
//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
void LTErase(LTNode* pos);
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);

2.2函数实现文件List.c

2.2.1链表的初始化、销毁和打印

2.2.1.1初始化

函数实现：

cpp 复制代码 
LTNode* buyNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc fail!\n");
		exit(1);
	}
	node->val = x;
	//初始化时，不可以将next和prev指针指向NULL，因为这样不循环
	node->next = node->prev = node;

	return node;
}

//void LTInit(LTNode** pphead)
//{
//	//初始化就是申请一个自循环的哨兵位节点
//	//哨兵位节点不能被删除，节点的地址也不能发生改变
//	//故后面增删改查的都不修改哨兵位，所以只用传一级指针即可
//	*pphead = buyNode(-1);
//}

LTNode* LTInit()  //用这种方法初始化不用传二级指针，可以保持函数接口参数一致
{
	//初始化就是申请一个自循环的哨兵位节点
	//哨兵位节点不能被删除，节点的地址也不能发生改变
	//故后面增删改查的都不修改哨兵位，所以只用传一级指针即可
	return buyNode(-1);
}

测试代码：

cpp 复制代码 
#include "List.h"

void test()
{
	LTNode* plist = LTInit();
}

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

生成一个自循环的"哨兵位"，因为哨兵位的值无效，所以给个初始值-1.

2.2.1.2销毁

函数实现：

cpp 复制代码 
//销毁
void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

	LTNode* pcur = phead->next;

	while (pcur != phead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	//此时pcur指向phead。phead还没有被销毁
	free(phead);
	phead = NULL;//因为是传递的一级指针，所以这里将pos形参置为空不影响实参
				 //如果需要修改实参需要在函数外部修改
}

测试代码：

cpp 复制代码 
#include "List.h"

void test()
{
	LTNode* plist = LTInit(); //初始化

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

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;

}

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

通过调试，销毁前：

销毁后：

销毁后再手动将plist指针置为NULL：

2.2.1.3打印

函数实现：

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

测试代码：

cpp 复制代码 
#include "List.h"

void test()
{
	LTNode* plist = LTInit(); //初始化

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

	LTPrint(plist);
}

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

2.2.2头部/尾部插入删除

2.2.2.1尾插

函数实现：

cpp 复制代码 
//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead); //哨兵位不能为空

	LTNode* newnode = buyNode(x);

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

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

测试代码：

cpp 复制代码 
#include "List.h"

void test()
{
	LTNode* plist = LTInit(); //初始化

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

	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;

}

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

函数实现：

cpp 复制代码 
//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead && phead->next != phead); //第二个断言判断链表不能为空

	LTNode* del = phead->prev;
	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;
	free(del);
	del = NULL;
}

测试代码：

cpp 复制代码 
#include "List.h"

void test()
{
	LTNode* plist = LTInit(); //初始化

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

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

	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;

}

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

函数实现：

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

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

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

测试代码：

cpp 复制代码 
#include "List.h"

void test()
{
	LTNode* plist = LTInit(); //初始化

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

	LTPushFront(plist, 5); //头插
	LTPushFront(plist, 6);

	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;

}

int main()
{
	test();
	return 0;
}
2.2.2.4头删

函数实现：

cpp 复制代码 
//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead && phead->next != phead);

	LTNode* del = phead->next;
	del->next->prev = phead;
	phead->next = del->next;
	free(del);
	del = NULL;
}

测试代码：

cpp 复制代码 
#include "List.h"

void test()
{
	LTNode* plist = LTInit(); //初始化

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

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

	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;

}

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

2.2.3查找数据

函数实现：

cpp 复制代码 
//查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		if (pcur->val == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}

	return NULL;
}

测试代码：

cpp 复制代码 
#include "List.h"

void test()
{
	LTNode* plist = LTInit(); //初始化

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

	LTPrint(plist);

	LTNode* pos = LTFind(plist, 1); //查找
	printf("%d ", pos->val);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;

}

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

2.2.4指定位置的插入删除

2.2.4.1在pos位置之后插入数据

函数实现：

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

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

测试代码：

cpp 复制代码 
#include "List.h"

void test()
{
	LTNode* plist = LTInit(); //初始化

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


	LTNode* pos = LTFind(plist, 1); //查找

	LTInsert(pos, 7); //在指定位置之后插入数据

    LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

int main()
{
	test();
	return 0;
}
2.2.4.2 删除pos位置的数据

函数实现：

cpp 复制代码 
//删除pos位置的数据
void LTErase(LTNode* pos)
{
	//pos理论上来说不能为phead，但是没有参数phead，无法增加校验
	assert(pos);

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

	free(pos);
	pos = NULL;  //因为是传递的一级指针，所以这里将pos形参置为空不影响实参
				 //如果需要修改实参需要在函数外部修改
}

测试代码：

cpp 复制代码 
#include "List.h"

void test()
{
	LTNode* plist = LTInit(); //初始化

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

	LTNode* pos = LTFind(plist, 1); //查找

	LTErase(pos);  //删除pos位置的数据

	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;

}

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

2.3参考代码

cpp 复制代码 
//List.h

#pragma once

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

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

//双向链表为空时，只有一个头节点

//初始化
//void LTInit(LTNode** pphead);
LTNode* LTInit();

//销毁
void LTDestroy(LTNode* phead);

//打印
void LTPrint(LTNode* phead);

//判空
bool LTEmpty(LTNode* phead);

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

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);

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

//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位置的数据
void LTErase(LTNode* pos);

//查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);
cpp 复制代码 
//List.c

#include "List.h"

LTNode* buyNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc fail!\n");
		exit(1);
	}

	node->val = x;
	//初始化时，不可以将next和prev指针指向NULL，因为这样不循环
	node->next = node->prev = node;

	return node;
}

//void LTInit(LTNode** pphead) 
//{
//	//初始化就是申请一个自循环的哨兵位节点
//	//哨兵位节点不能被删除，节点的地址也不能发生改变
//	//故后面增删改查的都不修改哨兵位，所以只用传一级指针即可
//	*pphead = buyNode(-1);
//}

//初始化
LTNode* LTInit() //用这种初始化方法可以保持函数接口参数一致 
{
	//初始化就是申请一个自循环的哨兵位节点
	//哨兵位节点不能被删除，节点的地址也不能发生改变
	//故后面增删改查的都不修改哨兵位，所以只用传一级指针即可
	return buyNode(-1);
}

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

	LTNode* pcur = phead->next;

	while (pcur != phead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	//此时pcur指向phead。phead还没有被销毁
	free(phead);
	phead = NULL;//因为是传递的一级指针，所以这里将pos形参置为空不影响实参
				 //如果需要修改实参需要在函数外部修改
}

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

//判空
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	if (phead->next = phead)
	{
		return true;
	}

	return false;
}

//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead); //哨兵位不能为空

	LTNode* newnode = buyNode(x);

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

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

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead && phead->next != phead); //第二个断言判断链表不能为空

	LTNode* del = phead->prev;
	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;
	free(del);
	del = NULL;
}

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

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

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

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

	LTNode* del = phead->next;
	del->next->prev = phead;
	phead->next = del->next;
	free(del);
	del = NULL;
}

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

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

//删除pos位置的数据
void LTErase(LTNode* pos)
{
	//pos理论上来说不能为phead，但是没有参数phead，无法增加校验
	assert(pos);

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

	free(pos);
	pos = NULL;  //因为是传递的一级指针，所以这里将pos形参置为空不影响实参
				 //如果需要修改实参需要在函数外部修改
}

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

	return NULL;
}
cpp 复制代码 
//test.c

#include "List.h"

void test()
{
	LTNode* plist = LTInit(); //初始化

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

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

	//LTPushFront(plist, 5); //头插
	//LTPushFront(plist, 6);

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

	LTNode* pos = LTFind(plist, 1); //查找

	//LTInsert(pos, 7); //在指定位置之后插入数据

	LTErase(pos);  //删除pos位置的数据

	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;

}

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