【探索数据结构与算法】——深入了解双向链表（图文详解）

目录

一、双向链表的基本概念 ​​​

二、双向链表的结构

三、双向链表的基本操作实现方法 

1.双向链表的初始化

2.双向链表的头插

3.双向链表的尾插

6.查找节点

7.在指定位置之前插入节点

8.删除指定位置节点

9.打印链表数据 

 10.双向链表销毁

四、完整代码实现 

LIst.h

List.c

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⏩ 文章专栏：探索数据结构与算法

一、双向链表的基本概念 ​​​

双向链表是一种常见的数据结构，与单向链表类似，但它允许我们从两个方向遍历链表：向前和向后。每个节点包含三个部分：一个数据元素和两个指针，一个指向链表中的前一个节点，另一个指向链表中的下一个节点。

一般情况下，我们所说的双向链表指的是带头节点，双向，循环链表，以下若无特殊说明，均代表此含义。

二、双向链表的结构

双向链表中的每个节点通常包含以下部分：

1. 数据元素：可以是任何类型的数据，如整数、浮点数、字符串或对象。
2. prev 指针：指向前一个节点的指针。
3. next 指针：指向下一个节点的指针。相比单链表只有独立存在的每个节点，双向链表多了哨兵位节点，该节点作为头结点，不存储有效数据，只有指向第一个有效节点的next指针和指向尾节点的prev指针。
   只要链表存在，哨兵位节点就存在

 相比单链表只有独立存在的每个节点，双向链表多了哨兵位节点，该节点作为头结点，不存储有效数据，只有指向第一个有效节点的next指针和指向尾节点的prev指针。
只要链表存在，哨兵位节点就存在

三、双向链表的基本操作实现方法 

1. 初始化顺序表中的数据。
2. 对顺序表进行头插(开头插入数据)。
3. 对顺序表进行尾插插(末尾插入数据)。
4. 对顺序表进行头删(开头删除数据)。
5. 对顺序表进行尾删(末尾删除数据)。
6. 对顺序表进行查找。
7. 7.在指定位置之前插入节点
8. 删除指定位置节点。
9. 打印顺序表中的数据。
10. .双向链表销毁

1.双向链表的初始化

双向链表的初始化也就是创建一个哨兵位节点，所以实现初始化之前需要先封装一个节点申请函数

单独封装的申请节点函数

• 动态申请节点大小的空间
• 判空
• 通过形参接受的数据初始化节点数据部分
• next指针和prev指针都指向自身（因为双向链表是循环链表）
• 返回节点地址

LTNode* NewNode(LTDataType x)//申请节点
{LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (newnode == NULL){perror("NewNode\n");exit(1);}newnode->data = x;//根据参数初始化数据newnode->next = newnode->prev = newnode;//两个指针初始都指向自身return newnode;
}

双向链表初始化

• 调用申请节点函数创建一个哨兵位节点，作为链表的头结点
• 返回链表头结点地址

注意：

双向链表因为有哨兵位的存在，链表始终不为空，哨兵位节点不会被改变，所以不再需要传递地址，以及用二级指针接收。这一点区别于单链表实现

LTNode* LTInit()            //链表初始化
{LTNode* newnode = NewNode(-1);return newnode;
}

2.双向链表的头插

双向链表头插

• 头插就是将新节点插入到哨兵位节点和第一个有效节点之间
• 形参接收一个哨兵位地址和要插入的数据
• 首先对哨兵位地址判空，判断链表结构是否正常

• 申请新节点，存入要插入的数据

• 接下来是移动指针

• 一般情况下应当先调整新节点的指针，因为新节点指针调整不会影响到原链表:

• 新节点prev指向哨兵位，next指向哨兵位的next所指向节点

• 然后，调整第一个有效节点的prev指针，不再指向哨兵位而是指向新节点；调整哨兵位

• next指针，不再指向原来的第一个有效节点，而是指向新节点

• 新节点插入完成

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)//头插
{assert(phead);//判空LTNode* newnode = NewNode(x);//申请节点newnode->next = phead->next;//改变新节点指针指向newnode->prev = phead;phead->next->prev = newnode;//改变原链表相关节点指针指向phead->next = newnode;}

3.双向链表的尾插

双向链表尾删

• 尾删就是将双向链表的最后一个有效节点删除
• （尾删的前提是至少存在一个有效节点）
• 首先创建一个指针del指向要删除的节点（哨兵位prev指向节点）
• 然后将倒数第二个节点的next指针指向哨兵位
• 将哨兵位的prev指针指向倒数第二个节点
• 指针修改完成，此时倒数第二个节点成为最后一个节点，释放del指向的节点
• （如果删除之前链表只有一个节点，删除完之后只剩下一个哨兵位节点，两个指针都指向自己）

void LTPopBack(LTNode* phead)		//尾删
{assert(phead && phead->next != phead);//判空LTNode* del = phead->prev;//暂时存储要删除的节点del->prev->next = phead;//移动指针phead->prev = del->prev;free(del);//释放节点空间del = NULL;
}

4.双向链表的头删 

双向链表头删

• 头删就是将双向链表第一个有效节点删除
• （头删的前提是链表至少存在一个有效节点）
• 首先创建一个指针del指向要删除的节点（哨兵位节点next指向的节点）
• 然后将第二个有效节点的prev指针指向哨兵位节点
• 哨兵位节点的next指针指向第二个有效节点
• 指针修改完成，此时第二个有效节点成为链表的第一个有效节点，释放del指向的节点
• （如果删除之前链表只有一个节点，删除完之后只剩下一个哨兵位节点，两个指针都指向自己）

void LTPopFront(LTNode* phead)		//头删
{assert(phead && phead->next != phead);//判空LTNode* del = phead->next;//暂时存储要删除的节点del->next->prev = phead;//移动指针phead->next = del->next;free(del);//释放节点空间del = NULL;
}

5.双向链表的尾删

双向链表尾删

• 尾删就是将双向链表的最后一个有效节点删除
• （尾删的前提是至少存在一个有效节点）
• 首先创建一个指针del指向要删除的节点（哨兵位prev指向节点）
• 然后将倒数第二个节点的next指针指向哨兵位
• 将哨兵位的prev指针指向倒数第二个节点
• 指针修改完成，此时倒数第二个节点成为最后一个节点，释放del指向的节点
• （如果删除之前链表只有一个节点，删除完之后只剩下一个哨兵位节点，两个指针都指向自己）

void LTPopBack(LTNode* phead)		//尾删
{assert(phead && phead->next != phead);//判空LTNode* del = phead->prev;//暂时存储要删除的节点del->prev->next = phead;//移动指针phead->prev = del->prev;free(del);//释放节点空间del = NULL;
}

6.查找节点

双向链表查找（根据数据查找节点）

• 首先对哨兵位地址判空，否则可能对空地址解引用
• 创建一个遍历链表的指针，从第一个有效节点开始，将节点数据与要查找的数据进行比对，如果相同返回节点地址
• 出循环，说明未找到，返回NULL

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)//查找节点
{assert(phead);//判空LTNode* pcur = phead->next;//遍历链表的指针while (pcur!= phead){if (pcur->data == x)return pcur;pcur = pcur->next;}return NULL;
}

7.在指定位置之前插入节点

双向链表在指定位置之前插入节点：

插入的前提是指定位置存在
申请新节点，存入要插入的数据
调整指针:
临时创建一个指针prev指向指定位置节点的perv指向节点
新节点next指针指向指定位置节点，prev指针指向prev节点
然后再修改原链表指针:
指定位置节点的prev指针指向新节点，prev节点的next指针指向新节点
新节点插入完成

void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)//在pos位置之前插入数据
{assert(pos);//判空LTNode* newnode = NewNode(x);//申请新节点newnode->next = pos;//改变新节点指针指向newnode->prev = pos->prev;pos->prev->next = newnode;//改变原链表相关节点指针指向pos->prev = newnode;}

8.删除指定位置节点

双向链表删除指定位置节点

• 删除指定节点的前提是该节点必须存在
• 首先创建一个指针del指向要删除的节点
• 然后将该节点的前一个结点的next指针指向它的后一个节点，后一个节点的prev指针指向他的前一个节点
• 释放该节点
• （如果删除之前链表只有一个节点，删除完之后只剩下一个哨兵位节点，两个指针都指向自己）

void LTErase(LTNode* pos)//删除指定位置节点
{assert(pos);//判空pos->next->prev = pos->prev;//改变要删除节点的前后节点指针指向pos->prev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;}

9.打印链表数据 

双向链表数据打印

• 首先对地址判空，防止对空地址解引用
• 创建一个遍历链表的指针，从第一个有效节点打印数据，然后向后移动，直到指针遍历到哨兵位

void LTPrint(LTNode* phead)  //链表数据打印
{assert(phead);//判空LTNode* pcur = phead->next;//遍历链表的指针while (pcur != phead)//打印数据{printf("%d->", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("\n");
}

 10.双向链表销毁

双向链表的销毁

从第一个有效节点开始，创建指针循环遍历链表:
创建next指针临时保存下一个节点，释放本节点，遍历指针指向next节点
循环至有效节点全部被释放
然后将哨兵位节点释放，指针置空，销毁完成
注意：

为了与其他配套函数的参数保持一致，这里的参数本该用二级指针接收，却用一级指针接收。出函数后，需要手动将哨兵位指针置空

oid LTDestroy(LTNode* phead)//链表销毁
{assert(phead);//判空LTNode* pcur = phead->next;//遍历链表的指针while (pcur != phead)//从第一个有效节点开始，逐个释放节点{LTNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}free(phead);//释放哨兵位节点phead = NULL;}

四、完整代码实现 

LIst.h

//List.h 双链表头文件
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>typedef int LTDataType;//数据类型重定义，可以是任意数据类型
typedef struct ListNode//双向链表节点结构
{LTDataType data;//数据struct ListNode* prev;//指向前一个节点的指针struct ListNode* next;//指向下一个节点的指针
}LTNode;LTNode* NewNode(LTDataType x);//申请节点
LTNode* LTInit();             //链表初始化void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);//头插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);//尾插void LTPopBack(LTNode* phead);		//尾删
void LTPopFront(LTNode* phead);		//头删LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);//查找节点void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);//在pos位置之后插入数据
void LTErase(LTNode* pos);//删除指定位置节点void LTPrint(LTNode* phead);  //链表数据打印
void LTDestroy(LTNode* phead);//链表销毁

List.c

//DouSList.c  双链表源文件
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"DouSList.h"LTNode* NewNode(LTDataType x)//申请节点
{LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (newnode == NULL){perror("NewNode\n");exit(1);}newnode->data = x;//根据参数初始化数据newnode->next = newnode->prev = newnode;//两个指针初始都指向自身return newnode;
}
LTNode* LTInit()            //链表初始化
{LTNode* newnode = NewNode(-1);return newnode;
}
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)//头插
{assert(phead);//判空LTNode* newnode = NewNode(x);//申请节点newnode->next = phead->next;//改变新节点指针指向newnode->prev = phead;phead->next->prev = newnode;//改变原链表相关节点指针指向phead->next = newnode;}
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)//尾插
{assert(phead);//判空LTNode* newnode = NewNode(x);//申请节点newnode->next = phead;//改变新节点指针指向newnode->prev = phead->prev;phead->prev->next = newnode;//改变原链表相关节点指针指向phead->prev = newnode;
}void LTPopFront(LTNode* phead)		//头删
{assert(phead && phead->next != phead);//判空LTNode* del = phead->next;//暂时存储要删除的节点del->next->prev = phead;//移动指针phead->next = del->next;free(del);//释放节点空间del = NULL;
}void LTPopBack(LTNode* phead)		//尾删
{assert(phead && phead->next != phead);//判空LTNode* del = phead->prev;//暂时存储要删除的节点del->prev->next = phead;//移动指针phead->prev = del->prev;free(del);//释放节点空间del = NULL;
}LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)//查找节点
{assert(phead);//判空LTNode* pcur = phead->next;//遍历链表的指针while (pcur!= phead){if (pcur->data == x)return pcur;pcur = pcur->next;}return NULL;
}void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)//在pos位置之前插入数据
{assert(pos);//判空LTNode* newnode = NewNode(x);//申请新节点newnode->next = pos;//改变新节点指针指向newnode->prev = pos->prev;pos->prev->next = newnode;//改变原链表相关节点指针指向pos->prev = newnode;}void LTErase(LTNode* pos)//删除指定位置节点
{assert(pos);//判空pos->next->prev = pos->prev;//改变要删除节点的前后节点指针指向pos->prev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;}void LTPrint(LTNode* phead)  //链表数据打印
{assert(phead);//判空LTNode* pcur = phead->next;//遍历链表的指针while (pcur != phead)//打印数据{printf("%d->", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("\n");
}void LTDestroy(LTNode* phead)//链表销毁
{assert(phead);//判空LTNode* pcur = phead->next;//遍历链表的指针while (pcur != phead)//从第一个有效节点开始，逐个释放节点{LTNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}free(phead);//释放哨兵位节点phead = NULL;}