数据结构 04（线性：双向链表）

ZCollapsar.2025-09-02 9:23

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链表的分类

双向链表

概念与结构

实现双向链表

创建头文件

创建哨兵位与申请空间

销毁

打印

尾插

头插

尾删

头删

查找

在任意位置后插入

删除任意位置

双向链表的整体实现

List.h

List.c

链表的分类

链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种（2x2x2）链表结构：

虽然有这么多的链表的结构，但是我们实际中最常用还是两种结构：单链表 和双向带头循环链表。

1.无头单向非循环链表：结构简单 ，一般不会单独用来存数据 。实际中更多是作为其他数据结构的子结构 ，如哈希桶、图的邻接表等等。另外这种结构在笔试面试中出现很多。

2.带头双向循环链表：结构最复杂 ，一般用在单独存储数据 。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表 。另外这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势，实现反而简单 了，功能和单链表差不多但实现更简单更方便。

本篇就讲的第二种链表。

双向链表

概念与结构

注意：这里的"带头"跟前面我们说的"头结点"是两个概念，实际前面的在单链表阶段称呼不严谨，但是为了同学们更好的理解就直接称为单链表的头结点。

带头链表里的头结点，实际为"哨兵位"，哨兵位结点不存储任何有效元素，只是站在这里"放哨的"。

实现双向链表

创建头文件

创建一个头文件，在里面创建和声明所需要的头文件、函数和单链表结构。如下：

cpp 复制代码 
#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

typedef int LTDataType;   //定义数据类型方便改代码

//以下是双向链表的基本结构
typedef struct ListNode
{
	LTDataType data;
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
}LTNode;

//以下是对所写函数的声明，所有接下来都会写到
LTNode* BuyNode(LTDataType x);
LTNode* LTInit();
void LTDesTroy(LTNode* phead);
void LTPrint(LTNode* phead);
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPopBack(LTNode* phead);
void LTPopFront(LTNode* phead);
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
void LTErase(LTNode* pos);

创建哨兵位与申请空间

我们知道双向链表是需要一个不存储数据的哨兵位的，创建一个哨兵位也需要申请空间，下面给出空间申请的代码：

cpp 复制代码 
LTNode* BuyNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	node->data = x;
	node->next = node->prev = node; //刚开始哨兵位的前结点和后结点都是自己。
	return node;
}

这里创建哨兵位有个问题，使用一级指针还是二级指针，因为哨兵位不存储数据，我们也不会改变哨兵位的地址，所以使用一级指针。

cpp 复制代码 
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = BuyNode(-1);
	return phead;
}

销毁

cpp 复制代码 
void LTDesTroy(LTNode* phead)
{
	LTNode* pcur = phead->next;     //哨兵位不存储数据，所以从next结点开始
	while (pcur->next != phead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

打印

链表的打印都大差不差，需要注意一下循环结束的结点。

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

尾插

这里还需要回顾一下上面那张图

这张图很重要，这样才能理解各种插入操作。

cpp 复制代码 
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyNode(x);
	newnode->prev = phead->prev;
	newnode->next = phead;
	phead->prev->next = newnode;
	phead->prev = newnode;
}

头插

cpp 复制代码 
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyNode(x);
	newnode->prev = phead;
	newnode->next = phead->next;
	phead->next->prev = newnode;
	phead->next = newnode;
}

尾删

这里我使用了一个bool类型，如下：

cpp 复制代码 
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return (phead->next == phead);
}

返回bool类型的函数是一种返回布尔值（true 或 false）的函数。这里判断了哨兵位结点是否为空以及下一结点是否为自己。

尾删操作：

cpp 复制代码 
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* del = phead->prev;
	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;
	free(del);
	del = NULL;
}

头删

cpp 复制代码 
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* del = phead->next;
	del->next->prev = phead;
	phead->next = del->next;
	free(del);
	del = NULL;
}

查找

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

在任意位置后插入

cpp 复制代码 
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x) //在pos后插入
{
	assert(pos);
	LTNode* newnode = BuyNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	newnode->prev = pos;
	pos->next->prev = newnode;
	pos->next = newnode;
}

删除任意位置

cpp 复制代码 
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	pos->next->prev = pos->prev;
	pos->prev->next = pos->next;
	free(pos);
	pos = NULL;
}

双向链表的整体实现

List.h

cpp 复制代码 
#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

typedef int LTDataType;

typedef struct ListNode
{
	LTDataType data;
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
}LTNode;

LTNode* BuyNode(LTDataType x);
LTNode* LTInit();
void LTDesTroy(LTNode* phead);
void LTPrint(LTNode* phead);
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPopBack(LTNode* phead);
void LTPopFront(LTNode* phead);
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
void LTErase(LTNode* pos);

List.c

cpp 复制代码 
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"List.h"

LTNode* BuyNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	node->data = x;
	node->next = node->prev = node;
	return node;
}

LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = BuyNode(-1);
	return phead;
}

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

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

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyNode(x);
	newnode->prev = phead->prev;
	newnode->next = phead;
	phead->prev->next = newnode;
	phead->prev = newnode;
}

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyNode(x);
	newnode->prev = phead;
	newnode->next = phead->next;
	phead->next->prev = newnode;
	phead->next = newnode;
}

bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return (phead->next == phead);
}

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* del = phead->prev;
	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;
	free(del);
	del = NULL;
}

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* del = phead->next;
	del->next->prev = phead;
	phead->next = del->next;
	free(del);
	del = NULL;
}

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

void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x) //在pos后插入
{
	assert(pos);
	LTNode* newnode = BuyNode(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;
}

顺序表与链表的分析

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