学习笔记---更进一步的双向链表专题~~

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目录

1. 双向链表的结构🦊

2. 实现双向链表🐝

2.1 要实现的目标🎯

2.2 创建+初始化🦋

2.2.1 List.h

2.2.2 List.c

2.2.3 test.c

2.2.4 代码测试运行

2.3 尾插+打印+头插🪼

思路分析

2.3.1 List.h

2.3.2 List.c

2.3.3 test.c

2.3.4 代码测试运行

2.4 尾删+头删🐊

2.4.0 思路分析

2.4.1 List.h

2.4.2 List.c

2.4.3 test.c

2.4.4 代码测试运行

2.5 查找数据+pos节点后插入+删除pos节点🦩

2.5.0 思路分析

2.5.1 List.h

2.5.2 List.c

2.5.3 test.c

2.5.4 代码测试运行

2.6 销毁☄️

2.6.0思路分析

1. 一级指针

2.6.1 List.h

2.6.2 List.c

2.6.3 test.c

2.6.4 代码测试运行

2. 二级指针

2.6.1 List.h

2.6.2 List.c

2.6.3 test.c

2.6.4 代码测试运行

2.7 完整代码💦

2.7.1 List.h

2.7.2 List.c

2.7.3 test.c

3. 顺序表和双向链表的分析🍻

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1. 双向链表的结构🦊

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这里的双向链表，准确的说是：带头双向循环链表

这里的“头节点”指的是“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。

注意⚠️

双向链表的每一个节点存储一个有效数据+下一个节点的地址+上一个节点的地址

头节点和尾节点有些特殊：头节点指向的上一个节点的地址是尾节点，尾节点指向的下一个节点的地址是头节点

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2. 实现双向链表🐝

2.1 要实现的目标🎯

我们需要多个接口帮助我们实现：创建、一系列具体操作、销毁

具体操作包括：头部/尾部插入数据、头部/尾部删除数据、打印出双向链表、指定节点之后插入数据、删除指定节点的数据、查找指定节点

2.2 创建+初始化🦋

2.2.1 List.h

#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<stdbool.h>typedef int LTDataType;
//创建双向链表的结构体
typedef struct ListNode {LTDataType data;struct ListNode* prev;struct ListNode* next;
}ListNode;//初始化
ListNode* LTInit();//不用传入参数，直接调用接口返回一个头节点

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2.2.2 List.c

#include"List.h"
//初始化
ListNode* LTInit()//不用传入参数，直接调用接口返回一个头节点
{//为头节点申请空间ListNode* phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));//判断开辟是否成功if (phead == NULL){perror("malloc error!\n");return;}//开辟成功--->初始化头节点phead->data = -1;//头节点不存储有效数据，可以任意赋值//只有哨兵位的时候，要实现双向链表，不能指向NULL，否则无法双向循环，所以我们指向自己phead->prev = phead->next = phead;return phead;
}

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2.2.3 test.c

#include"List.h"
void ListTest()
{ListNode* plist = LTInit();
}
int main()
{ListTest();return 0;
}

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2.2.4 代码测试运行

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2.3 尾插+打印+头插🪼

思路分析

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2.3.1 List.h

//在双向链表中不会改变哨兵位，所以这里都可以传一级指针
//尾插
void LTPushBack(ListNode* phead, LTDataType x);//打印
void LTPrint(ListNode* phead);//头插
void LTPushFront(ListNode* phead, LTDataType x);

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2.3.2 List.c

//在双向链表中不会改变哨兵位，所以这里都可以传一级指针
// 只改变数据，不改变地址//开辟空间
ListNode* ListBuyNode(LTDataType x)
{ListNode* node = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));if (node == NULL){perror("malloc error!\n");return;}node->data = x;node->next = node->prev = NULL;return node;
}//尾插
void LTPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);//注意哨兵位不能为空//申请空间ListNode* node = ListBuyNode(x);//先处理node的前驱指针和后继指针node->prev = phead->prev;node->next = phead;//再处理之前的尾节点和pheadphead->prev->next = node;phead->prev = node;
}//打印
void LTPrint(ListNode* phead)
{//哨兵位不能改变ListNode* cur = phead->next;while (cur != phead)//当cur再次指向phead的时候，循环结束{printf("%d->", cur->data);cur = cur->next;}printf("\n");
}//头插
void LTPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);//注意哨兵位不能为空//申请空间ListNode* node = ListBuyNode(x);//node插入头节点之后才算头插//先处理node的前驱指针和后继指针node->prev = phead;node->next = phead->next;//再处理phead和phead->nextphead->next->prev = node;phead->next = node;
}

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2.3.3 test.c

#include"List.h"
void ListTest()
{ListNode* plist = LTInit();LTPushBack(plist, 1);LTPushBack(plist, 2);LTPushBack(plist, 3);LTPushBack(plist, 4);LTPrint(plist);//1 2 3 4 LTPushFront(plist, 5);LTPrint(plist);//5 1 2 3 4 
}
int main()
{ListTest();return 0;
}

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2.3.4 代码测试运行

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2.4 尾删+头删🐊

2.4.0 思路分析

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2.4.1 List.h

//尾删
void LTPopBack(ListNode* phead);//头删
void LTPopFront(ListNode* phead);

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2.4.2 List.c

//尾删
void LTPopBack(ListNode* phead)
{//不能为空链表，只有一个哨兵位不能尾删assert(phead&&(phead->prev!=phead||phead->next!=phead));ListNode* del = phead->prev;//phead->prev就是尾节点//先处理deldel->prev->next = phead;//再处理pheadphead->prev = del->prev;free(del);del = NULL;
}//头删
void LTPopFront(ListNode* phead)
{//不能为空链表，只有一个哨兵位不能头删assert(phead && (phead->prev != phead || phead->next != phead));ListNode* del = phead->next;del->next->prev = phead;phead->next = del->next;free(del);del = NULL;
}

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2.4.3 test.c

#include"List.h"
void ListTest()
{ListNode* plist = LTInit();LTPushBack(plist, 1);LTPushBack(plist, 2);LTPushBack(plist, 3);LTPushBack(plist, 4);LTPrint(plist);//1 2 3 4 LTPushFront(plist, 5);LTPrint(plist);//5 1 2 3 4 LTPopBack(plist);LTPrint(plist);//5 1 2 3LTPopFront(plist);LTPrint(plist);//1 2 3
}
int main()
{ListTest();return 0;
}

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2.4.4 代码测试运行

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2.5 查找数据+pos节点后插入+删除pos节点🦩

2.5.0 思路分析

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2.5.1 List.h

//查找数据
ListNode* LTFind(ListNode* phead, LTDataType x);//pos节点之后插入
void LTPushAfter(ListNode* pos, LTDataType x);//删除pos节点
void LTErase(ListNode* pos);

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2.5.2 List.c

//查找数据
ListNode* LTFind(ListNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);ListNode* cur = phead->next;while (cur!= phead){if (cur->data == x){return cur;}cur = cur->next;}return NULL;
}//pos节点之后插入
void LTPushAfter(ListNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);ListNode* node = ListBuyNode(x);//nodenode->next = pos->next;node->prev = pos;//pospos->next = node;node->next->prev = node;
}//删除pos节点
void LTErase(ListNode* pos)
{assert(pos);pos->prev->next = pos->next;pos->next->prev = pos->prev;free(pos);pos = NULL;
}

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2.5.3 test.c

#include"List.h"
void ListTest()
{ListNode* plist = LTInit();LTPushBack(plist, 1);LTPushBack(plist, 2);LTPushBack(plist, 3);LTPushBack(plist, 4);LTPrint(plist);//1 2 3 4 LTPushFront(plist, 5);LTPrint(plist);//5 1 2 3 4 LTPopBack(plist);LTPrint(plist);//5 1 2 3LTPopFront(plist);LTPrint(plist);//1 2 3ListNode* find = LTFind(plist, 1);/*LTPushAfter(find, 4);*/	//LTPrint(plist);//1 4 2 3LTErase(find);LTPrint(plist);//2 3}
int main()
{ListTest();return 0;
}

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2.5.4 代码测试运行

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2.6 销毁☄️

2.6.0思路分析

一开始的初始化，我们直接调用了接口，返回头节点进行初始化。我们没有考虑一级指针还是二级指针的问题。

那么，最后的销毁又该怎么办？是一级指针？还是二级指针？下面我们一一来尝试

1. 一级指针

2.6.1 List.h

//销毁
void LTDestroy(ListNode* phead);

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2.6.2 List.c

//销毁
void LTDestroy(ListNode* phead)
{assert(phead);ListNode* cur = phead->next;while(cur!=phead){ListNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}//注意哨兵位还没有释放free(phead);phead = NULL;
}

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2.6.3 test.c

#include"List.h"
void ListTest()
{ListNode* plist = LTInit();LTPushBack(plist, 1);LTPushBack(plist, 2);LTPushBack(plist, 3);LTPushBack(plist, 4);LTPrint(plist);//1 2 3 4 //LTPushFront(plist, 5);//LTPrint(plist);//5 1 2 3 4 //LTPopBack(plist);//LTPrint(plist);//5 1 2 3//LTPopFront(plist);//LTPrint(plist);//1 2 3//ListNode* find = LTFind(plist, 1);/*LTPushAfter(find, 4);*/	LTPrint(plist);//1 4 2 3//LTErase(find);//LTPrint(plist);//2 3LTDestroy(plist);}
int main()
{ListTest();return 0;
}

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2.6.4 代码测试运行

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一级指针：
phead的改变不影响plist，phead释放之后，plist指向已经释放掉的空间——>把plist置为空

那么置为空之前，还要不要将plist指向的空间再free一次？

我们尝试一下

那么再思考一下：一级指针是会导致phead的改变不影响plist，那么plist是什么没有改变？是指plist保存的值没有被改变还是plist的这块空间的地址没有被释放？

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这里报错指的是plist指向无效地址

注意⚠️
如果plist的地址没有被释放，那么直接free（plist）是不会报错的

所以在一级指针的情况下：plist的地址已经被释放了，没有被置为空的可以理解是plist的地址名称

2.6.5 一级指针的改进---test.c

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2. 二级指针

2.6.1 List.h

//销毁
//void LTDestroy(ListNode* phead);
void LTDestroy(ListNode** phead);

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2.6.2 List.c

//销毁
void LTDestroy(ListNode** phead)
{assert(phead && *phead);ListNode* cur = (*phead)->next;while (cur != *phead){ListNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}free(*phead);*phead = NULL;
}

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2.6.3 test.c

#include"List.h"
void ListTest()
{ListNode* plist = LTInit();LTPushBack(plist, 1);LTPushBack(plist, 2);LTPushBack(plist, 3);LTPushBack(plist, 4);LTPrint(plist);//1 2 3 4 //LTPushFront(plist, 5);//LTPrint(plist);//5 1 2 3 4 //LTPopBack(plist);//LTPrint(plist);//5 1 2 3//LTPopFront(plist);//LTPrint(plist);//1 2 3//ListNode* find = LTFind(plist, 1);///*LTPushAfter(find, 4);*/	LTPrint(plist);//1 4 2 3//LTErase(find);//LTPrint(plist);//2 3//LTDestroy(plist);//plist = NULL;LTDestroy(&plist);
}
int main()
{ListTest();return 0;
}

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2.6.4 代码测试运行

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虽然，二级指针不用手动将plist置为空
但是，更推荐一级指针，因为其他接口基本上都是一级指针——>保持接口的一致性

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2.7 完整代码💦

2.7.1 List.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<stdbool.h>typedef int LTDataType;
//创建双向链表的结构体
typedef struct ListNode {LTDataType data;struct ListNode* prev;struct ListNode* next;
}ListNode;//初始化
ListNode* LTInit();//不用传入参数，直接调用接口返回一个头节点//在双向链表中不会改变哨兵位，所以这里都可以传一级指针
//尾插
void LTPushBack(ListNode* phead, LTDataType x);//打印
void LTPrint(ListNode* phead);//头插
void LTPushFront(ListNode* phead, LTDataType x);//尾删
void LTPopBack(ListNode* phead);//头删
void LTPopFront(ListNode* phead);//查找数据
ListNode* LTFind(ListNode* phead, LTDataType x);//pos节点之后插入
void LTPushAfter(ListNode* pos, LTDataType x);//删除pos节点
void LTErase(ListNode* pos);//销毁
void LTDestroy(ListNode* phead);

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2.7.2 List.c

#include"List.h"
//初始化
ListNode* LTInit()//不用传入参数，直接调用接口返回一个头节点
{//为头节点申请空间ListNode* phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));//判断开辟是否成功if (phead == NULL){perror("malloc error!\n");return;}//开辟成功--->初始化头节点phead->data = -1;//头节点不存储有效数据，可以任意赋值//只有哨兵位的时候，要实现双向链表，不能指向NULL，否则无法双向循环，所以我们指向自己phead->prev = phead->next = phead;return phead;
}//在双向链表中不会改变哨兵位，所以这里都可以传一级指针
// 只改变数据，不改变地址//开辟空间
ListNode* ListBuyNode(LTDataType x)
{ListNode* node = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));if (node == NULL){perror("malloc error!\n");return;}node->data = x;node->next = node->prev = NULL;return node;
}//尾插
void LTPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);//注意哨兵位不能为空//申请空间ListNode* node = ListBuyNode(x);//先处理node的前驱指针和后继指针node->prev = phead->prev;node->next = phead;//再处理之前的尾节点和pheadphead->prev->next = node;phead->prev = node;
}//打印
void LTPrint(ListNode* phead)
{//哨兵位不能改变ListNode* cur = phead->next;while (cur != phead)//当cur再次指向phead的时候，循环结束{printf("%d->", cur->data);cur = cur->next;}printf("\n");
}//头插
void LTPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);//注意哨兵位不能为空//申请空间ListNode* node = ListBuyNode(x);//node插入头节点之后才算头插//先处理node的前驱指针和后继指针node->prev = phead;node->next = phead->next;//再处理phead和phead->nextphead->next->prev = node;phead->next = node;
}//尾删
void LTPopBack(ListNode* phead)
{//不能为空链表，只有一个哨兵位不能尾删assert(phead&&(phead->prev!=phead||phead->next!=phead));ListNode* del = phead->prev;//phead->prev就是尾节点//先处理deldel->prev->next = phead;//再处理pheadphead->prev = del->prev;free(del);del = NULL;
}//头删
void LTPopFront(ListNode* phead)
{//不能为空链表，只有一个哨兵位不能头删assert(phead && (phead->prev != phead || phead->next != phead));ListNode* del = phead->next;del->next->prev = phead;phead->next = del->next;free(del);del = NULL;
}//查找数据
ListNode* LTFind(ListNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);ListNode* cur = phead->next;while (cur != phead){if (cur->data == x){return cur;}cur = cur->next;}return NULL;
}//pos节点之后插入
void LTPushAfter(ListNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);ListNode* node = ListBuyNode(x);//nodenode->next = pos->next;node->prev = pos;//pospos->next = node;node->next->prev = node;
}//删除pos节点
void LTErase(ListNode* pos)
{assert(pos);pos->prev->next = pos->next;pos->next->prev = pos->prev;free(pos);pos = NULL;
}//销毁
void LTDestroy(ListNode* phead)
{assert(phead);ListNode* cur = phead->next;while(cur!=phead){ListNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}//注意哨兵位还没有释放free(phead);phead = NULL;
}

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2.7.3 test.c

#include"List.h"
void ListTest()
{ListNode* plist = LTInit();LTPushBack(plist, 1);LTPushBack(plist, 2);LTPushBack(plist, 3);LTPushBack(plist, 4);LTPrint(plist);//1 2 3 4 LTPushFront(plist, 5);LTPrint(plist);//5 1 2 3 4 LTPopBack(plist);LTPrint(plist);//5 1 2 3LTPopFront(plist);LTPrint(plist);//1 2 3ListNode* find = LTFind(plist, 1);/*LTPushAfter(find, 4);*/	//LTPrint(plist);//1 4 2 3LTErase(find);LTPrint(plist);//2 3LTDestroy(plist);plist = NULL;
}
int main()
{ListTest();return 0;
}

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3. 顺序表和双向链表的分析🍻

不同点	顺序表	链表（单链表）
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	支持O（1）	不支持：O（N）
任意位置插入或者删除元素	看你需要搬移元素，效率低O（N）	只需要改变指针指向
插入	动态顺序表，空间不够的时候需要扩容	没有容量的概念
应用场景	元素高效存储+频繁访问	任意位置插入和删除频繁

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本次的分享到这里就结束了！！！

PS：小江目前只是个新手小白。欢迎大家在评论区讨论哦！有问题也可以讨论的！

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