数据结构(三)——双向链表的介绍以及实现

前言

前面两期数据结构的文章我们介绍了顺序表和单向链表，那么本篇博文我们将来了解双向链表，作为最好用的一种链表，双向链表有什么特殊之处呢，接下来就让我们一起了解一下吧。

下面是前两篇数据结构的文章：

双向链表的概念

什么是双向链表呢？实际上，双向链表全称是带头双向循环链表，是一种最复杂但最好用的一种链表形式，它不同于单项链表，它拥有一个头节点，正是由于头节点的存在，弥补了单项链表尾插的不便，同时它拥有两个指针，分别指向前驱和后继，从而方便链表进行数据的挪动等操作。

双向链表的实现

1.定义

cpp 复制代码

typedef int LTDataType;
typedef struct LTNode
{
	struct LTNode* next;
	struct LTNode* prev;
	LTDataType x;
}LTNode;

双向链表的定义如上所示，我们发现，在这个结构体内，我们定义了两个结构体指针，分别指向结构体变量（双向链表）的前驱和后继节点，后续我们将通过这个结构体指针完成链表的头插，尾插等一系列操作。

2.双向链表接口定义

接下来我们将定义一系列链表的接口，通过这些函数，我们将完成链表的初始化、销毁、头插、尾插、头删、尾删、打印等一系列操作。

cpp 复制代码

//链表的初始化
void LTInit(LTNode** pphead);
LTNode* LTInit();
//链表的销毁
void LTDestroy(LTNode* phead);
//链表的打印
void LTPrint(LTNode* phead);

//链表的尾插
void LTPushBack(LTNode* phead,LTDataType x);
//链表的头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);

//链表的尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);
//链表的头删
void LTPopFront(LTNode* phead);

//在指定位置之后插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTNode* phead);
//删除指定位置的节点
void LTErase(LTNode* pos);

//查找一个值返回相应节点
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);

从上述节点的定义我们发现，不同于单向链表，我们传的大多是一级指针，这是为什么呢？原因在于，双向链表多了一个哨兵位，当链表中只有哨兵位时我们称之为空链表，即哨兵位是不能删除的，而我们大多数操作是不会改变哨兵位的，所以只需要传一级指针。

1.初始化

我们看到，我们给出了两种链表的初始化方式一种是传二级指针，一种则是通过返回值接收，下面我们将实现代码如下：

cpp 复制代码

void LTInit(LTNode** pphead)
{
	*pphead = (LTDataType*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (*pphead == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	(*pphead)->a = -1;
	(*pphead)->next = (*pphead)->prev = *pphead;
}

首先是二级指针初始化，我们看到，对二级指针解引用我们可以拿到这个地址，然后malloc一块空间，最后让前驱节点和后继节点都指向自己，这样我们就完成了链表的初始化。但是细心观察我们发现，这一段代码的逻辑是先开一块新的节点，然后再完成初始化，后续我们对链表的插入修改还要用到这一段逻辑，因此我们可以把这个逻辑写成申请节点的函数，这样既减少了代码量，还提高了可读性，所以就有了第二种初始化方式，代码如下：

cpp 复制代码

LTNode* LTBuyNode(LTDataType x)
{
	//申请一个新的节点
	LTNode* newnode = (LTDataType*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	newnode->a = x;
	//让新节点的next prev指针指向自己
	newnode->next = newnode->prev = newnode;
	return newnode;
}
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = LTBuyNode(-1);
	return phead;
}

2.销毁

由于链表的每个节点不是连续的，所以我们需要循环销毁每一个节点，有了这个逻辑，我们就可以写下如下代码：

cpp 复制代码

void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	//pcur指向第一个节点
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		//记录下一个节点
		LTNode* next = pcur->next;
		//销毁该节点
		free(pcur);
		//让pcur指向下一个节点
		pcur = next;
	}
	//销毁哨兵位头节点
	free(phead);
	phead = NULL;
}

4.打印

与链表销毁类似，打印每个节点的值都是先找到该节点，然后再将该节点的值打印出来，因此我们可以写下如下代码：

cpp 复制代码

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

5.尾插/尾删

链表插入删除的关键是改变节点的指针，对于尾插而言，我们实际上是将该节点插入哨兵位的前面；对于尾删而言，我们实际上是删除的是哨兵位的前驱节点。因此改变指针指向实际上就是改变哨兵位前驱和后继节点的指向。代码如下：

cpp 复制代码

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

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

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

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

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

6.头插/头删

cpp 复制代码

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

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

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

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

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

这里有个小技巧，在我们插入时，我们可以先让新节点的前驱和后继节点指向相应位置，改变其他指针的指向

7.任意位置插入/删除

我们在有了前面插入删除的逻辑之后，我们可以用相同的逻辑如法炮制，就可以很快写出任意位置插入删除的代码：

cpp 复制代码

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;
}
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);

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

	free(pos);
	pos = NULL;
}

8.查找

查找的逻辑十分简单，通过遍历链表，找到相应元素，然后返回当前节点，如果没有找到，就返回空，代码如下：

cpp 复制代码

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

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

小结

冰冻三尺非一日之寒，在之后的日子里我会持续更新与数据结构相关的内容，如果喜欢的话希望能够点赞关注加转发，您的支持就是对我最大的鼓励，同时也希望在学习路上的你能够坚持下去，半山腰很挤，我想去山顶看看。