C语言详解双向链表的基本操作

目录

双链表的定义与接口函数

定义双链表

 接口函数

详解接口函数的实现

创建新节点（BuyLTNode）

初始化双链表（ListInit）

双向链表打印（ListPrint）

双链表查找（ListFind）

双链表销毁（ListDestory）

        1、双链表pos位置之前插入（ListInsert）

        2、双链表删除pos位置（ListEarse）

        3、双向链表尾插（ListPushBack）

        4、双向链表头插（ListPushFront）

        5、双链表头删（ListPopFront）

        6、双链表尾删（ListPopBack）

总结

完整代码

链表OJ练习巩固

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前言：

为了更好地理解本节，建议先阅读： 数据结构 - c语言链表操作

实际中要实现的链表的结构非常多样，以下情况组合起来有多种链表结构：

1.  单向、双向
2.  带头、不带头
3.  循环、非循环

解读： 

带头：

存在一个哨兵位的节点，该节点不存储任何有效数据，属于无效节点，但通过这个无效节点当头节点让我们在某些方面使用会有一些优势。

双向：

指的是节点中不再只有一个指针，而是有两个指针，一个指向前一个节点，另一个指向后一个节点。

循环：

尾指针不再指向NULL，而是指向头节点。 

然而，现实中实用的只有两种：分别是无头单向非循环链表；带头双向循环链表。

• 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。
• 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，但是使用代码实现后会发现结构会带来很多优势。双向链表严格来说只需要快速的实现两个接口，insert 和 earse 头尾的插入和删除就可以搞定了！

双链表的定义与接口函数

定义双链表

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

 接口函数

void ListPrint(LTNode* phead);
//void ListInit(LTNode** pphead);
LTNode* ListInit();
LTNode* BuyLTNode(LTDataType x);
void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void ListPopBack(LTNode* phead);void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
void ListPopFront(LTNode* phead);
LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x);// 在pos之前插入
void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//void ListInsert(int i, LTDataType x);// 删除pos位置的节点
void ListErase(LTNode* pos);
void ListDestory(LTNode* phead);

详解接口函数的实现

 创建新节点（BuyLTNode）

LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (newnode == NULL){printf("malloc fail\n");exit(-1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;newnode->prev = NULL;return newnode;
}

初始化双链表（ListInit）

LTNode* ListInit()
{LTNode* phead = BuyLTNode(0);phead->next = phead;phead->prev = phead;return phead;
}

这里我们使用 BuyLTNode 函数开辟一块空间作为 "哨兵位" pHead ，最后将其进行一个初始化。最后再将 pHead 作为结果返回回去，外面就可以接收到了。这就是返回值的方法，当然这里也可以采用二级指针的方法来完成。

双向链表打印（ListPrint）

void ListPrint(LTNode* phead)
{assert(phead);LTNode* cur = phead->next;while (cur != phead){printf("%d ", cur->data);cur = cur->next;}printf("\n\n");
}

双链表查找（ListFind）

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

双链表销毁（ListDestory）

void ListDestory(LTNode* phead)
{assert(phead);LTNode* cur = phead->next;while (cur != phead){LTNode* next = cur->next;//ListErase(cur);free(cur);cur = next;}free(phead);//phead = NULL;
}

1、双链表pos位置之前插入（ListInsert）

void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);/*LTNode* newnode = BuyLTNode(x);pos->prev->next = newnode;newnode->prev = pos->prev;pos->prev = newnode;newnode->next = pos;*/LTNode* newnode = BuyLTNode(x);LTNode* posPrev = pos->prev;newnode->next = pos;pos->prev = newnode;posPrev->next = newnode;newnode->prev = posPrev;
}

非常简单，假设d2是新节点，就是让新节点的两条链接在d3上，然后把d1的两条链接新节点上

2、双链表删除pos位置（ListEarse）

void ListErase(LTNode* pos)
{assert(pos);LTNode* prev = pos->prev;LTNode* next = pos->next;free(pos);pos = NULL;prev->next = next;next->prev = prev;
}

 假设要删除d2，那么只需要直接把d1的两条链接d3上即可

3、双向链表尾插（ListPushBack）

void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* tail = phead->prev;LTNode* newnode = BuyLTNode(x);tail->next = newnode;newnode->prev = tail;newnode->next = phead;phead->prev = newnode;}

4、双向链表头插（ListPushFront）

void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);ListInsert(phead->next, x);
}

5、双链表头删（ListPopFront）

void ListPopFront(LTNode* phead)
{assert(phead);assert(phead->next != phead);ListErase(phead->next);
}

6、双链表尾删（ListPopBack）

void ListPopBack(LTNode* phead)
{assert(phead);// 链表为空assert(phead->next != phead);LTNode* tail = phead->prev;LTNode* tailPrev = tail->prev;free(tail);tail = NULL;tailPrev->next = phead;phead->prev = tailPrev;}

总结：

用ListInsert和ListEarse的复用优化后：

void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);ListInsert(phead, x);
}void ListPopBack(LTNode* phead)
{assert(phead);// 链表为空assert(phead->next != phead);ListErase(phead->prev);
}void ListPopFront(LTNode* phead)
{assert(phead);assert(phead->next != phead);ListErase(phead->next);
}void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);ListInsert(phead->next, x);
}

所以，双向链表严格来说只需要快速地实现 insert 和 earse 这两个接口就可以搞定了。如果以后让你快速实现一个双向链表，你把 "pos位置之前插入" 和 "删除pos位置" 这两个接口写好，头尾的插入和删除直接复用就可以搞定了。

完整代码

List.h

#pragma once#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{LTDataType data;struct ListNode* next;struct ListNode* prev;
}LTNode;void ListPrint(LTNode* phead);
//void ListInit(LTNode** pphead);
LTNode* ListInit();
LTNode* BuyLTNode(LTDataType x);
void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void ListPopBack(LTNode* phead);void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
void ListPopFront(LTNode* phead);
LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x);// 在pos之前插入
void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//void ListInsert(int i, LTDataType x);// 删除pos位置的节点
void ListErase(LTNode* pos);
void ListDestory(LTNode* phead);

List.c

#include"List.h"LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (newnode == NULL){printf("malloc fail\n");exit(-1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;newnode->prev = NULL;return newnode;
}void ListPrint(LTNode* phead)
{assert(phead);LTNode* cur = phead->next;while (cur != phead){printf("%d ", cur->data);cur = cur->next;}printf("\n\n");
}//void ListInit(LTNode** pphead)
//{
//	assert(pphead);
//	*pphead = BuyLTNode(0);
//	(*pphead)->next = *pphead;
//	(*pphead)->prev = *pphead;
//}LTNode* ListInit()
{LTNode* phead = BuyLTNode(0);phead->next = phead;phead->prev = phead;return phead;
}void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);//LTNode* tail = phead->prev;//LTNode* newnode = BuyLTNode(x);//tail->next = newnode;//newnode->prev = tail;//newnode->next = phead;//phead->prev = newnode;ListInsert(phead, x);
}void ListPopBack(LTNode* phead)
{assert(phead);// 链表为空assert(phead->next != phead);/*	LTNode* tail = phead->prev;LTNode* tailPrev = tail->prev;free(tail);tail = NULL;tailPrev->next = phead;phead->prev = tailPrev;*/ListErase(phead->prev);
}void ListPopFront(LTNode* phead)
{assert(phead);assert(phead->next != phead);ListErase(phead->next);
}void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);ListInsert(phead->next, x);
}LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* cur = phead->next;while (cur != phead){if (cur->data == x){return cur;}cur = cur->next;}return NULL;
}void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);/*LTNode* newnode = BuyLTNode(x);pos->prev->next = newnode;newnode->prev = pos->prev;pos->prev = newnode;newnode->next = pos;*/LTNode* newnode = BuyLTNode(x);LTNode* posPrev = pos->prev;newnode->next = pos;pos->prev = newnode;posPrev->next = newnode;newnode->prev = posPrev;
}// 驼峰法
// 函数和类型所有单词首字母大写
// 变量：第一个单词小写后续单词首字母大写
void ListErase(LTNode* pos)
{assert(pos);LTNode* prev = pos->prev;LTNode* next = pos->next;free(pos);pos = NULL;prev->next = next;next->prev = prev;
}void ListDestory(LTNode* phead)
{assert(phead);LTNode* cur = phead->next;while (cur != phead){LTNode* next = cur->next;//ListErase(cur);free(cur);cur = next;}free(phead);//phead = NULL;
}------------------------------------------------------------------------------#include "List.h"ListNode* BuyListNode(LTDataType x)
{ListNode* node = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));node->data = x;node->next = NULL;node->prev = NULL;return node;
}ListNode* ListCreate()
{ListNode* head = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));head->next = head;head->prev = head;return head;
}void ListPrint(ListNode* pHead)
{assert(pHead);ListNode* cur = pHead->next;while (cur != pHead){printf("%d->", cur->data);cur = cur->next;}printf("\n");
}void ListDestroy(ListNode* pHead)
{ListNode* cur = pHead->next;while (cur != pHead){ListNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}free(pHead);
}void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x)
{assert(pHead);//ListNode* newnode = BuyListNode(x);phead         tail   newnode//ListNode* tail = pHead->prev;//tail->next = newnode;//newnode->prev = tail;//newnode->next = pHead;//pHead->prev = newnode;ListInsert(pHead, x);
}void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{assert(pHead);//ListNode* newnode = BuyListNode(x);//ListNode* first = pHead->next;//pHead->next = newnode;//newnode->prev = pHead;//newnode->next = first;//first->prev = newnode;/*ListNode* newNode = BuyListNode(x);newNode->next = pHead->next;pHead->next->prev = newNode;pHead->next = newNode;newNode->prev = pHead;*/ListInsert(pHead->next, x);
}void ListPopBack(ListNode* pHead)
{assert(pHead);//ListNode* tail = pHead->prev;//ListNode* tailPrev = tail->prev;pHead     tailPrev tail//tailPrev->next = pHead;//pHead->prev = tailPrev;//free(tail);/*ListNode* tail = pHead->prev;pHead->prev = tail->prev;tail->prev->next = pHead;free(tail);*/ListErase(pHead->prev);
}void ListPopFront(ListNode* pHead)
{//...ListErase(pHead->next);
}// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);ListNode* prev = pos->prev;ListNode* newnode = BuyListNode(x);// prev newnode posprev->next = newnode;newnode->prev = prev;newnode->next = pos;pos->prev = newnode;
}// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos)
{assert(pos);ListNode* prev = pos->prev;ListNode* next = pos->next;prev->next = next;next->prev = prev;free(pos);
}

链表OJ练习巩固

138. 复制带随机指针的链表 - 力扣（LeetCode）

 

解题思路：
此题可以分三步进行：
1.拷贝链表的每一个节点，拷贝的节点先链接到被拷贝节点的后面
2.复制随机指针的链接：拷贝节点的随机指针指向被拷贝节点随机指针的下一个位置
3.拆解链表，把拷贝的链表从原链表中拆解出来 

class Solution {
public:Node* copyRandomList(Node* head) {// 1.拷贝链表，并插入到原节点的后面，如图1Node* cur = head;while(cur){Node* next = cur->next;Node* copy = (Node*)malloc(sizeof(Node));copy->val = cur->val;// 插入cur->next = copy;copy->next = next;// 迭代往下走cur = next;}// 2.置拷贝节点的random，如图2cur = head;while(cur){Node* copy = cur->next;if(cur->random != NULL)copy->random = cur->random->next;elsecopy->random = NULL;cur = copy->next;}// 3.解拷贝节点，链接拷贝节点，如图3Node* copyHead = NULL, *copyTail = NULL;cur = head;while(cur){Node* copy = cur->next;Node* next = copy->next;// copy解下来尾插if(copyTail == NULL){copyHead = copyTail = copy;}else{   copyTail->next = copy;copyTail = copy;}cur->next = next;cur = next;}return copyHead;}
};

图1： 

 图2：

图3： 

链表知识点题库 - 力扣（LeetCode）

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