NzN的数据结构--实现双向链表

        上一章中，我们学习了链表中的单链表，那今天我们来学习另一种比较常见的链表--双向链表！！

目录

一、双向链表的结构

二、 双向链表的实现

1. 双向链表的初始化和销毁

2. 双向链表的打印

3. 双向链表的头插/尾插

4. 双向链表的头删/尾删

5. 查找数据是否存在

6. 在指定位置之后插入数据

7. 删除指定位置的数据

8. 判断双向链表是否为空

三、顺序表和双向链表的优缺点分析

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一、双向链表的结构

        “哨兵位”存在的意义：遍历循环链表避免死循环。

        注意：带头链表里的头节点，实际为“哨兵位”，不存储任何有效数据。

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{LTDataType data;//存储的数据struct ListNode* prev; //指针保存前一个节点的地址struct ListNode* next; //指针保存下一个节点的地址
}LTNode;

二、 双向链表的实现

        我们先在头文件中定义需要实现的相关接口。

//List.h
#include<stdio.h>
#include <stdbool.h>//引用bool类型
#include<stdlib.h>
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{LTDataType data;//存储的数据struct ListNode* prev; //指针保存前一个节点的地址struct ListNode* next; //指针保存下一个节点的地址
}LTNode;
//创建节点
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x);
//双向链表有哨兵位，插入数据之前链表中必须初始化一个哨兵位
//需要修改哨兵位就要传二级指针
//void LTInit(LTNode** pphead);
LTNode* LTInit();
void LTDestroy(LTNode* phead);
void LTPrint(LTNode* phead);
//头插/尾插
//不需要修改哨兵位就不需要传二级指针
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
//头删/尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);
void LTPopFront(LTNode* phead);
//查找数据是否存在
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);
//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//删除pos位置的数据
void LTErase(LTNode* pos);
//判断链表是否为空
bool LTEmpty(LTNode* phead);

1. 双向链表的初始化和销毁

//双向链表初始化
void LTInit(LTNode** pphead)
{*pphead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (*pphead == NULL){perror("malloc fail");exit(1);}(*pphead)->data = -1;//给哨兵位一个无效的数据，是多少都可以//带头双向循环链表在刚初始化一个哨兵位时，next和prev都指向自己(*pphead)->next = (*pphead)->prev = *pphead;return phead;
}

        这种写法要涉及到二级指针，非常麻烦，那我们尝试简化一下代码。

LTNode* LTInit()
{LTNode*phead= (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (phead == NULL){perror("malloc fail");exit(1);}phead->data = -1;phead->next = phead->prev = phead;return phead;
}

        实际上，这段代码还可以进行简化。因为双向链表为空时，仍然有一个哨兵位，那我们在初始化时就可以直接申请一个哨兵位。

//将申请节点的功能进行封装
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x) {LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (newnode == NULL) {perror("malloc");exit(1);}newnode->data = x;newnode->next = newnode->prev = newnode;return newnode;
}
//双向链表初始化
LTNode* LTInit()
{LTNode* phead = LTBuyNode(-1);//申请哨兵位return phead;
}
//双向链表销毁
void LTDestroy(LTNode* phead) 
{assert(phead);//遍历链表，把每一个节点都释放LTNode* pcur = phead->next;while (pcur != phead){LTNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}//链表中哨兵位也要释放free(phead);phead = NULL;
}

2. 双向链表的打印

//双向链表打印
void LTPrint(LTNode* phead)
{assert(phead);//phead不能为空LTNode* pcur = phead->next;while (pcur != phead){//从第一个节点开始走，走到哨兵位结束printf("%d->", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("\n");
}

3. 双向链表的头插/尾插

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//ptail->next=phead;//尾节点的next指向哨兵位//phead->prev=ptail//哨兵位的prev指向尾节点//新尾节点的next要指向哨兵位newnode->next = phead;//新尾节点的prev要指向原来的尾节点newnode->prev = phead->prev;//原来尾节点的next指向新的尾节点phead->prev->next = newnode;//哨兵位的prev连接新的尾节点phead->prev = newnode;
}
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//新的头节点的next指向原来的头节点newnode->next = phead->next;//新的头节点的prev指向哨兵位newnode->prev = phead;//原来头节点的prev指向新的头节点phead->next->prev = newnode;//哨兵位的next指向新的头节点phead->next = newnode;
}

4. 双向链表的头删/尾删

void LTPopBack(LTNode* phead)
{assert(phead);//链表不能为空(只有一个哨兵位)assert(phead->next != phead);LTNode* del = phead->prev;LTNode* prev = del->prev;//原来尾节点的前一个节点的next指向哨兵位prev->next = phead;//哨兵位的prev变成原来尾节点的前一个节点phead->prev = prev;//释放原来的尾节点free(del);del = NULL;
}
void LTPopFront(LTNode* phead)
{assert(phead);//链表不能为空(只有一个哨兵位)assert(phead->next != phead);LTNode* del = phead->next;LTNode* next = del->next;//原来头节点的后一个节点的prev指向哨兵位next->prev = phead;//哨兵位的next变成原来头节点的后一个节点phead->next = next;//释放原来的尾节点free(del);del = NULL;
}

5. 查找数据是否存在

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;
}

6. 在指定位置之后插入数据

void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//新节点的next指向pos后面原来的节点newnode->next = pos->next;//新节点的prev指向pos节点newnode->prev = pos;//pos节点后面原来的节点的prev换成新节点pos->next->prev = newnode;//pos节点的next换成新节点pos->next = newnode;
}

7. 删除指定位置的数据

void LTErase(LTNode* pos)
{assert(pos);//pos前面节点的next指向pos后面的节点pos->prev->next = pos->next;//pos后面节点的prev指向pos前面的节点pos->next->prev = pos->prev;free(pos);pos = NULL;
}

8. 判断双向链表是否为空

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

三、顺序表和双向链表的优缺点分析

	顺序表	带头双向循环链表
优点	下标随机访问（实现二分查找、排序、堆算法等）； Cache命中率高（存储空间连续）	任意位置插入删除数据效率高； 按需申请、释放，不存在空间浪费
缺点	前面部分的插入删除，效率低下； 扩容会有效率损失，还可能会存在空间浪费	不支持下标随机访问； Cache命中率低（存储空间不连续）