双向链表详解

积极向上的向日葵2025-05-03 18:13

一、双向链表介绍

二、实现双向链表

1.定义双向链表的结构

2.双向链表的初始化

3.双向链表的尾插

4.双向链表的头插

5.双向链表的打印

6.双向链表的尾删

7.双向链表的头删

8.查找指定位置的数据

9.在指定位置之后插入数据

10.删除指定位置的数据

11.链表的销毁

三、代码展示

一、双向链表介绍

双向链表就是带头双向循环链表，带头链表里的头结点，实际为"哨兵位"，哨兵位节点不存储任何有效元素，它存在的意义是遍历循环链表避免死循环。哨兵位节点不能被删除，节点的地址也不能发生改变。

二、实现双向链表

1.定义双向链表的结构

我们看一张图，会发现，每个节点由三个部分组成：1.节点的数据 2.节点存放着指向下一个节点的指针next 3.节点存放着指向上一个节点的指针prev，所以我们定义如下:

cpp 复制代码 
typedef int LTData;//便于应用各种数据
typedef struct ListNode
{
	LTData data;//数据
	struct ListNode* next;//指向下一个节点的指针
	struct ListNode* prev;//指向上一个节点的指针
}LTNode;//重命名为LTNode方便表达

这个放在list.h里面，我们一共有三个文件，list.h list.c和test.c

2.双向链表的初始化

双向链表初始化，我们要初始化哨兵位，哨兵位没有值，所以节点里面没有有效的数据，那我们先完成一个前置函数LTBuyNode，用它来创建节点，步骤很简单:malloc开辟，然后检查是否开辟成功，成功就传数据。

注意：链表循环的条件是尾结点的next指针不为空，所以这里初始化的prev和next都指向节点本身，代码如下：

接着调用一下这个前置函数就可以了：

cpp 复制代码 
LTNode* LTBuyNode(LTData x)//创建节点
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));//malloc开辟一块空间
	if (node == NULL)//判断空间是否为空
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	node->data = x;//将数据给data
	//这里prev和next不能指向NULL，不然就是不循环了，所以让他们指向本身
	node->next = node->prev = node;
	return node;//返回节点
}
void LTInit(LTNode** pphead)
{
	*pphead = LTBuyNode(-1);//给双向链表创建一个哨兵位
	//哨兵位没有值，所以传一个-1
}

3.双向链表的尾插

双向链表的尾插有些复杂

1.双向链表是带环链表，所以是头尾相连的，如果设指向头结点的指针是phead，那么phead的prev指针指向的也就是尾结点。

2.尾插一个新节点，叫做newnode，那需要建立一个新节点，调用函数LTBuyNode();

3.现在有三个节点，分别是phead指向的头结点，phead->prev指向的尾结点以及要插入的节点newnode

4.newnode有两个指针，它现在是新的尾结点，所以她的next指针指向头结点phead，它的prev指针指向前一个节点也是就phead->prev指向的节点，那原来的尾结点的next指针也要改变，改完指向下一个节点也就是newnode，头结点的prev指针也要改变，现在它指向新的尾结点也就是newnode。

代码如下:

cpp 复制代码 
void LTPushBack(LTNode* phead, LTData x)//传一级就够了，因为不用改变哨兵位的地址
{
	assert(phead);//断言确定不为空
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//创建新节点
	//phead phead->prev newnode
	newnode->prev = phead->prev;
	newnode->next = phead;
	phead->prev->next = newnode;
	phead->prev = newnode;
}

4.双向链表的头插

头插基本思路和尾插一样，需要注意的是头插是插在第一个有效节点之前，也就是哨兵位之后

1.先调用LTBuyNode()函数创建一个新节点newnode

2.要将newnode插在phead和phead->next之间

3.newnode的next指针指向phead->next;newnode的prev指针指向phead

4.phead->next指针指向的节点的prev指针改变指向，现在指向newnode，phead指向节点的next指针改变指向，现在指向newnode。

代码如下:

cpp 复制代码 
void LTPushFront(LTNode* phead, LTData x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//创建新节点
	//phead newnode phead->next
	newnode->next = phead->next;
	newnode->prev = phead;
	phead->next->prev = newnode;
	phead->next = newnode;
}

5.双向链表的打印

双向链表的打印很简单，只需要遍历链表就可以，因为双向链表的第一个节点是哨兵位，不存储数据，所以我们只需要定义一个指针pcur指向头结点的下一个节点，然后循环就可以了，但是我们要知道循环的条件是什么，由于双向链表是带环链表，所以只需要让pcur不重新指回头结点即可。

代码如下:

cpp 复制代码 
void LTPrint(LTNode* phead)
{
	LTNode* pcur = phead->next;//第一个节点是哨兵位，不需要打印
	while (pcur != phead)//如果没有遍历回头结点，就不用停
	{
		printf("%d->", pcur->data);//打印每个节点的数据
		pcur = pcur->next;//节点往后遍历
	}
	printf("\n");
}

6.双向链表的尾删

1.明确要删的节点，头结点是phead，那phead->prev就是尾结点，也就是要删除的节点

2.定义一个新的指针del来接受phead->prev,那删除后，del->prev就是新节点

3.现在尾结点是del->prev,那它的next指针就是头结点，那头结点的prev指针也就是新的尾结点

4.记得释放掉del，并且将他置为空

代码如下:

cpp 复制代码 
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	//链表必须有效且链表不能为空
	assert(phead && phead->next != phead);
	LTNode* del = phead->prev;
	//phead del->prev del
	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;
	free(del);
	del = NULL;
}

7.双向链表的头删

头删思路和尾删差不多

1.定义一个新指针del是phead->next，也就是del要被删除

2.现在处理三个节点，分别是phead，del，del->next;

3.phead的next指针指向改变，改为指向del->next

4.del->next的prev指针指向改变，改为指向phead

5.最后记得free掉del，并将他置为NULL

代码如下:

cpp 复制代码 
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	//链表必须有效且链表不能为空
	assert(phead && phead->next != phead);

	LTNode* del = phead->next;

    phead->next = del->next;
	del->next->prev = phead;
	//删除del节点
	free(del);
	del = NULL;
}

8.查找指定位置的数据

查找就是遍历链表，定义一个指针pcur，当他没有循环一圈等于头结点phead的时候，就一直遍历；如果pcur指向的节点的data是要查找的数据，就返回，如果遍历完还是找不到，就返回NULL。

代码如下:

cpp 复制代码 
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTData x)
{
	LTNode* pcur = phead->next;//定义一个新指针，指向第一个有效的节点
	while (pcur != phead)//遍历双向链表
	{
		if (pcur->data == x)//如果找到了就返回pcur
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;//pcur每次向后移动一格
	}//没有找到
	return NULL;
}

在test.c里面测试一下:

9.在指定位置之后插入数据

这里就是三个节点：pos newnode pos->next

1.先用LTBuyNode()函数创立一个新节点newnode；

2.newnode的next指针指向pos->next

3.newnode的prev指针指向pos

4.pos->next指针指向的节点的prev改为指向newnode

5.pos指针指向的节点的next改为指向newnode

代码如下:

cpp 复制代码 
void LTInsert(LTNode* pos, LTData x)
{
	assert(pos);//断言防止为空
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
	//pos newnode pos->next
	newnode->next = pos->next;
	newnode->prev = pos;
	pos->next->prev = newnode;
	pos->next = newnode;
}

10.删除指定位置的数据

删除pos,就要关注三个节点，pos->prev、pos、pos->next

1.首先pos->next的这个节点的prev指向改变，改为指向pos->prev

2.pos->prev指向的节点的next改变，改为指向pos->next

3.记得销毁pos

代码如下:

cpp 复制代码 
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);//断言防止为空
	//pos->prev pos pos->next
	pos->next->prev = pos->prev;
	pos->prev->next = pos->next;
	//销毁pos
	free(pos);
	pos = NULL;
}

11.链表的销毁

最后一步是链表销毁，那只需要遍历双向链表，然后一个一个free就可以了，注意哨兵位也是初始化时候创建的，也要销毁。

代码如下:

cpp 复制代码 
void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = pcur->next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

三、代码展示

list.h:

cpp 复制代码 
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
 
typedef int LTData;//便于应用各种数据
typedef struct ListNode
{
	LTData data;//数据
	struct ListNode* next;//指向下一个节点的指针
	struct ListNode* prev;//指向上一个节点的指针
}LTNode;//重命名为LTNode方便表达

void LTInit(LTNode** pphead);
void LTPrint(LTNode* phead);
void LTPushBack(LTNode* phead, LTData x);//传一级就够了
void LTPushFront(LTNode* phead, LTData x);
void LTPopBack(LTNode* phead);
void LTPopFront(LTNode* phead);

void LTInsert(LTNode* pos, LTData x);
void LTErase(LTNode* pos);
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTData x);
void LTDestroy(LTNode* phead);

list.c：

cpp 复制代码 
#include "list.h"

void LTPrint(LTNode* phead)
{
	LTNode* pcur = phead->next;//第一个节点是哨兵位，不需要打印
	while (pcur != phead)//如果没有遍历回头结点，就不用停
	{
		printf("%d->", pcur->data);//打印每个节点的数据
		pcur = pcur->next;//节点往后遍历
	}
	printf("\n");
}

LTNode* LTBuyNode(LTData x)//创建节点
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));//malloc开辟一块空间
	if (node == NULL)//判断空间是否为空
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	node->data = x;//将数据给data
	//这里prev和next不能指向NULL，不然就是不循环了，所以让他们指向本身
	node->next = node->prev = node;
	return node;//返回节点
}
void LTInit(LTNode** pphead)
{
	*pphead = LTBuyNode(-1);//给双向链表创建一个哨兵位
	//哨兵位没有值，所以传一个-1
}

void LTPushBack(LTNode* phead, LTData x)//传一级就够了，因为不用改变哨兵位的地址
{
	assert(phead);//断言确定不为空
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//创建新节点
	//phead phead->prev newnode
	newnode->prev = phead->prev;
	newnode->next = phead;
	phead->prev->next = newnode;
	phead->prev = newnode;
}
void LTPushFront(LTNode* phead, LTData x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//创建新节点
	//phead newnode phead->next
	newnode->next = phead->next;
	newnode->prev = phead;
	phead->next->prev = newnode;
	phead->next = newnode;
}

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	//链表必须有效且链表不能为空
	assert(phead && phead->next != phead);
	LTNode* del = phead->prev;
	//phead del->prev del
	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;
	free(del);
	del = NULL;
}

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	//链表必须有效且链表不能为空
	assert(phead && phead->next != phead);

	LTNode* del = phead->next;

    phead->next = del->next;
	del->next->prev = phead;
	//删除del节点
	free(del);
	del = NULL;
}

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTData x)
{
	LTNode* pcur = phead->next;//定义一个新指针，指向第一个有效的节点
	while (pcur != phead)//遍历双向链表
	{
		if (pcur->data == x)//如果找到了就返回pcur
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;//pcur每次向后移动一格
	}//没有找到
	return NULL;
}

void LTInsert(LTNode* pos, LTData x)
{
	assert(pos);//断言防止为空
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
	//pos newnode pos->next
	newnode->next = pos->next;
	newnode->prev = pos;
	pos->next->prev = newnode;
	pos->next = newnode;
}

void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);//断言防止为空
	//pos->prev pos pos->next
	pos->next->prev = pos->prev;
	pos->prev->next = pos->next;
	//销毁pos
	free(pos);
	pos = NULL;
}

void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = pcur->next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

test.c：

cpp 复制代码 
#include "list.h"

void test01()
{
	LTNode* plist = NULL;
	LTInit(&plist);
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPrint(plist);
	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);
}

void test02()
{
	LTNode* plist = NULL;
	LTInit(&plist);
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPrint(plist);
	LTNode* find = LTFind(plist, 1);
	if (find == NULL)
	{
		printf("找不到!\n");
	}
	else
	{
		printf("找到了!\n");
	}

}
int main()
{
	//test01();
	test02();
	return 0;
}
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