数据结构---双链表

专栏：数据结构
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前言

双向链表是在结构体内存两个指针，一个指针存下一个结点的地址，另一个指针是存上一个结点的地址，这样，就可以通过一个结点，找到前后两个结点。听起来很复杂，但实现起来，要比单链表简单许多。

双链表：

typedef int LDataType;typedef struct ListNode
{LDataType val;struct ListNode* head;struct ListNode* tail;
}LN;

双链表各接口的实现

LN* BuyLN(LDataType x);//为要插入的值开辟一块空间void LNInit(LN** pphead);//初始化
void LNDestory(LN* phead);//销毁void LNPrint(LN* phead);//打印链表中的值void LNPushBack(LN* phead, LDataType x);//尾插
void LNPopBack(LN* phead);//尾删void LNPushFront(LN* phead, LDataType x);//头插
void LNPopFront(LN* phead);//头删bool LNEmpty(LN* phead);//双链表是否为空LN* LNFind(LN* phead, LDataType x);//查找void LNInsert(LN* pos, LDataType x);//任意位置插入
void LNErase(LN* pos);//任意位置删除

为要插入的值开辟一块空间BuyLN

这个BuyLN是为链表开辟一块空间，为什么要额外写一个这函数，因为在插入值的过程中，需要为这个值开辟一块空间，每次都需要写相同的代码，所以把这个代码写成一个函数，用到式直接调用函数即可

LN* BuyLN(LDataType x)
{LN* sn = (LN*)malloc(sizeof(LN));if (sn == NULL){perror("malloc fail");exit(-1);}sn->val = x;sn->head = NULL;sn->tail = NULL;return sn;
}

初始化LNInit和销毁LNDestory

双链表的初始化，只需要把链表中的head和tail指针都指向自己，形成一个环即可。

void LNInit(LN** pphead)
{(*pphead) = BuyLN(-1);(*pphead)->head = *pphead;(*pphead)->tail = *pphead;
}

---

空间有开辟就有销毁，销毁之后把空间还给系统

void LNDestory(LN* phead)//ٿռ
{assert(phead);LN* cur = phead->head;while (cur != phead){LN* sn = cur;free(sn);sn = NULL;cur = cur->head;}
}

打印链表中的值LNPrint

头结点是不需要打印的，所以可以先定义一个sn代表头结点指向的下一个元素的位置，然后依次打印，直到sn的地址和头节点的地址相同时，打印结束

void LNPrint(LN* phead)
{assert(phead);LN* sn = phead->head;while (sn != phead){cout << sn->val << ' ';sn = sn->head;}cout << endl;
}

尾插LNPushBack和尾删LNPopBack

单链表的尾插需要先遍历，找到尾，然后进行插入操作，双链表不同于单链表，双链表有两个指针，一个存下一个结点，一个存上一个结点，我们只需要在头节点的左面，也就是让头节点中存上一个结点存要插入的值即可，这样就能完成尾插。

这样就不需要在遍历链表，找尾了。

void LNPushBack(LN* phead, LDataType x)
{LN* newnode = BuyLN(x);LN* prev = phead->tail;prev->head = newnode;newnode->tail = prev;newnode->head = phead;phead->tail = newnode;
}

---

尾删依旧是把头节点左边的那一个元素给删除即可，当然，表中如果只有头节点，就不要在删除了。。。

void LNPopBack(LN* phead)
{assert(phead->head != phead->tail);LN* prev = phead->tail;prev->tail->head = phead;phead->tail = prev->tail;free(prev);prev = NULL;
}

头插LNPushFron和头删LNPopFront

头插的话，要先找到首元素，然后把要插入的元素和头节点，首元素都双向链接起来即可。

void LNPushFront(LN* phead, LDataType x)
{LN* newnode = BuyLN(x);LN* ne = phead->head;ne->tail = newnode;newnode->head = ne;phead->head = newnode;newnode->tail = phead;
}

---

头删的话呢，跟上面一样，要先找到首元素，然后让头节点和首元素指向的下一个元素链接起来即可。

void LNPopFront(LN* phead)
{assert(phead->head != phead->tail);LN* ne = phead->head;phead->head = ne->head;ne->head->tail = phead;free(ne);ne = NULL;}

判断链表是否为空LNEmpty

如果链表为空返回true，反之，返回false，当双链表的头指针和尾指针都指向自己的时候，就说明，双链表为空。

bool LNEmpty(LN* phead)
{assert(phead);return phead->head == phead->tail;
}

查找LNFind

查找一个元素，返回这个元素的地址，只需要遍历双链表即可。

LN* LNFind(LN* phead, LDataType x)
{assert(phead);assert(phead->head != phead->tail);LN* cur = phead->head;while (cur != phead){if (x == cur->val){return cur;}cur = cur->head;}return NULL;
}

任意位置插入 LNInsert

再插入之前，要先找到要插入的位置，寻找这个位置的任务就交给了上面写的查找函数，我们只需要传递参数，对该位置进行插入即可，

void LNInsert(LN* pos, LDataType x)
{assert(pos);LN* newnode = BuyLN(x);LN* prev = pos->head;pos->head = newnode;newnode->tail = pos;newnode->head = prev;prev->tail = newnode;
}

任意位置删除LNErase

和上面一样，要删除哪个元素，就要先找到那个元素，然后进行删除操作，找到那个元素的任务依旧交给LNFind函数

void LNErase(LN* pos)
{assert(pos);LN* ne = pos->head;pos->head = ne->head;ne->tail = pos;
}

测试结果

测试代码：

#include "List.h"void TestLN()
{LN* plist = NULL;LNInit(&plist);LNPrint(plist);LNPushBack(plist, 1);LNPushBack(plist, 2);LNPushBack(plist, 3);LNPushBack(plist, 4);LNPushBack(plist, 5);LNPrint(plist);LNPopBack(plist);LNPrint(plist);LNPushFront(plist, -1);LNPushFront(plist, -2);LNPushFront(plist, -3);LNPushFront(plist, -4);LNPushFront(plist, -5);LNPrint(plist);LNPopFront(plist);LNPrint(plist);LN* ret = LNFind(plist, 3);if (ret != NULL){cout << ret->val << ' ' << ret << endl;LNInsert(ret, 10000);LNErase(ret);}LNPrint(plist);LNDestory(plist);
}int main()
{TestLN();return 0;
}

源代码

.h文件

#pragma once#include <iostream>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>using namespace std;typedef int LDataType;typedef struct ListNode
{LDataType val;struct ListNode* head;struct ListNode* tail;
}LN;LN* BuyLN(LDataType x);//为要插入的值开辟一块空间void LNInit(LN** pphead);//初始化
void LNDestory(LN* phead);//销毁void LNPrint(LN* phead);//打印链表中的值void LNPushBack(LN* phead, LDataType x);//尾插
void LNPopBack(LN* phead);//尾删void LNPushFront(LN* phead, LDataType x);//头插
void LNPopFront(LN* phead);//头删bool LNEmpty(LN* phead);//双链表是否为空LN* LNFind(LN* phead, LDataType x);//查找void LNInsert(LN* pos, LDataType x);//任意位置插入
void LNErase(LN* pos);//任意位置删除

.cpp文件

#include "List.h"LN* BuyLN(LDataType x)
{LN* sn = (LN*)malloc(sizeof(LN));if (sn == NULL){perror("malloc fail");exit(-1);}sn->val = x;sn->head = NULL;sn->tail = NULL;return sn;
}void LNPrint(LN* phead)
{assert(phead);LN* sn = phead->head;while (sn != phead){cout << sn->val << ' ';sn = sn->head;}cout << endl;
}void LNInit(LN** pphead)//ʼ
{(*pphead) = BuyLN(-1);(*pphead)->head = *pphead;(*pphead)->tail = *pphead;
}void LNDestory(LN* phead)//ٿռ
{assert(phead);LN* cur = phead->head;while (cur != phead){LN* sn = cur;free(sn);sn = NULL;cur = cur->head;}
}void LNPushBack(LN* phead, LDataType x)
{LN* newnode = BuyLN(x);LN* prev = phead->tail;prev->head = newnode;newnode->tail = prev;newnode->head = phead;phead->tail = newnode;
}void LNPopBack(LN* phead)
{assert(phead->head != phead->tail);LN* prev = phead->tail;prev->tail->head = phead;phead->tail = prev->tail;free(prev);prev = NULL;
}void LNPushFront(LN* phead, LDataType x)
{LN* newnode = BuyLN(x);LN* ne = phead->head;ne->tail = newnode;newnode->head = ne;phead->head = newnode;newnode->tail = phead;
}void LNPopFront(LN* phead)
{assert(phead->head != phead->tail);LN* ne = phead->head;phead->head = ne->head;ne->head->tail = phead;free(ne);ne = NULL;}bool LNEmpty(LN* phead)
{assert(phead);return phead->head == phead->tail;
}LN* LNFind(LN* phead, LDataType x)
{assert(phead);assert(phead->head != phead->tail);LN* cur = phead->head;while (cur != phead){if (x == cur->val){return cur;}cur = cur->head;}return NULL;
}void LNInsert(LN* pos, LDataType x)
{assert(pos);LN* newnode = BuyLN(x);LN* prev = pos->head;pos->head = newnode;newnode->tail = pos;newnode->head = prev;prev->tail = newnode;
}void LNErase(LN* pos)
{assert(pos);LN* ne = pos->head;pos->head = ne->head;ne->tail = pos;
}

test.cpp文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include "List.h"void TestLN()
{LN* plist = NULL;LNInit(&plist);LNPrint(plist);LNPushBack(plist, 1);LNPushBack(plist, 2);LNPushBack(plist, 3);LNPushBack(plist, 4);LNPushBack(plist, 5);LNPrint(plist);LNPopBack(plist);LNPrint(plist);LNPushFront(plist, -1);LNPushFront(plist, -2);LNPushFront(plist, -3);LNPushFront(plist, -4);LNPushFront(plist, -5);LNPrint(plist);LNPopFront(plist);LNPrint(plist);LN* ret = LNFind(plist, 3);if (ret != NULL){cout << ret->val << ' ' << ret << endl;LNInsert(ret, 10000);LNErase(ret);}LNPrint(plist);LNDestory(plist);
}int main()
{TestLN();return 0;
}