【数据结构与算法】 - 双向链表 - 详细实现思路及代码

目录
一、概述
二、双向链表
三、双向链表实现步骤
 📌3.1 C语言定义双向链表结点
 📌3.2 双向链表初始化
 📌3.3 双向链表插入数据
 📌3.4 双向链表删除数据
 📌3.5 双向链表查找数据
 📌3.6 双向链表的销毁
四、双向链表链表完整代码

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一、概述

前几篇文章介绍了怎样去实现单链表、单循环链表，这篇文章主要介绍双向链表以及实现双向链表的步骤，最后提供我自己根据理解实现双向链表的C语言代码。跟着后面实现思路看下去，应该可以看懂代码，看懂代码后，就对双向链表有了比较抽象的理解了，最后自己再动手写一个双向链表，就基本理解这个东西了。

二、双向链表

双向链表：在单链表的每个结点中，再设置一个指向其前驱结点的指针域。
下图是 单链表：

下图是 双向链表：

双向链表的特点：

1. 双向链表可以反向访问到链表的结点，因为它有指向前一个结点的指针prior；
2. 带有头结点的双向链表，为空链表时，头结点的两个指针域都指向NULL。
   
3. 带有头结点的双向链表，为非空链表时，
   头结点的前驱指针域指向NULL，后驱指针域指向第一个结点；
   最后一个结点的前驱指针域指向前一个结点，后驱指针域指向NULL；
   其他结点的前驱指针域指向前一个结点，后驱指针域指向后一个结点；
   

三、双向链表实现步骤

从上面知道了双向链表的相关概念和一些特点，接下来开始实现双向链表，这里使用带有头结点的双向链表进行讲解，从初始化双向链表、插入数据、删除数据、查找数据、销毁双向链表5个操作进行说明，需要注意的是，双向链表的插入、删除操作需要改变两个指针域；其他操作基本和单链表一致。

📌3.1 C语言定义双向链表结点

为了和前几篇文章的链表做比较，双向链表结构体也尽量定义相似的。

typedef int ElemType;
typedef struct _DoubleListNode
{ElemType data;struct _DoubleListNode *prior;	// 前驱指针struct _DoubleListNode *next;	// 后驱指针
}DoubleListNode;
typedef DoubleListNode* DoubleLinkList;

📌3.2 双向链表初始化

因为带有头结点，初始化时就需要分配一个头结点的内存空间，且头指针会一直指向头结点。
双向链表初始化算法思路如下：

1、分配一个结点的存储空间作为头结点，并将头指针指向头结点；
2、让头结点的 prior指针 和 next指针 都指向NULL，头结点的数据填一个无效值；
3、将头指针返回给函数调用者。

C语言实现代码如下：

DoubleLinkList ListInit()
{DoubleLinkList list = (DoubleLinkList)malloc(sizeof(DoubleListNode));list->prior = NULL;list->next = NULL;list->data = -1;return list;
}

📌3.3 双向链表插入数据

双向链表插入数据大致分为两个步骤：首先，找到插入位置n的前一个结点；其次，是插入新结点，可以：先连接新结点、再指向新结点的顺序。
先连接新结点：是先把新结点的两个指针域分别连接当前结点和下个结点，new->prior = cur;、new->next = cur->next;
再指向新结点：将当前节点的的指针域指向新节点，与旧节点断开，cur->next->prior = new;、cur->next = new;

双向链表在第n个位置插入数据的算法思路：

1、定义一个结点指针cur指向头结点，用来遍历链表；
2、定义一个变量cur_i，用来表示当前结点的序号，初始化为0表示当前指向头结点；
3、将cur指针不断往后移动，直到下个位置就是插入位置n，即当cur_i==(n-1)跳出循环;
4、若结束循环后是当前结点无效，说明链表长度不够；
5、否则，说明当前结点cur的下个位置就是插入位置n，分配存储空间给新结点new；
6、把值填进新节点的数据域，用新结点prior指向当前结点，next指向当前节点的下个节点；
7、再将下个结点的prior指向新结点，当前结点的next指向新结点，完成插入操作。

C语言实现代码如下：

int ListInsert(DoubleLinkList list, int data, int n)// 将node插入到第n位,n从1开始
{if(list==NULL || n<1) // 判断参数有效性return -1;DoubleListNode* cur = list;	// cur指向当前结点，初始化指向头结点int cur_i=0;			// cur_i表示当前结点的序号,0-头结点while(cur && cur_i<(n-1))// 当前结点有效，且不是插入位置的前一个结点，就后移一个{cur = cur->next;cur_i++;}if(!cur)			// 当前结点无效，说明已经移动到最后{printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);return -1;	// 链表没有 n 那么长}DoubleListNode* new = (DoubleListNode*)malloc(sizeof(DoubleListNode));new->data = data;new->prior = cur;new->next = cur->next;if(cur->next)		// 在最后一个结点插入时，cur->next==NULLcur->next->prior = new;cur->next = new;return 0;
}

📌3.4 双向链表删除数据

双向链表删除结点也是需要改变两个指针域，大致步骤如下，首先，找到删除位置n的前一个结点；其次，“把前一个结点的next指针域指向删除结点del的下个结点”，“再把下个结点的prior指针域指向删除结点del的前个结点”，这样就删除了下一个结点。

双向链表删除第n个数据的算法思路：

1、定义一个结点指针cur指向头结点，用来遍历链表；
2、定义一个变量cur_i，用来表示下个结点的序号，初始化为0表示当前指向头结点；
3、将cur指针不断往后移动，直到下个位置就是删除位置n，即当cur_i==(n-1)跳出循环;
4、若结束循环后是最后一个结点(cur->next==NULL)，说明链表长度不够；
5、否则，说明下个结点(cur->next)就是删除位置n的结点delete，赋值delete = cur->next；
6、将前一个结点的next指针域指向 del 的下个结点 ，delete->prior->next = delete->next;
7、将下一个结点的prior指针域指向 del 的前个结点 ，delete->next->prior = delete->prior;;
8、最后释放delete结点的内存，完成删除操作。

C语言实现代码如下，删除结点更关注的是下个结点(cur->next)的有效性：

// 删除第n个结点，且将删除的值通过data传出
int ListDelete(DoubleLinkList list, int *data, int n)
{if(list==NULL || data==NULL || n<1)return -1;DoubleListNode* cur = list;	// cur指向当前结点，初始化指向头结点int cur_i=0;				// cur_i表示当前结点的序号,0-头结点while(cur->next && cur_i<(n-1)){// 下个结点有效，且当前位置不是删除位置的前一个，就后移一个cur = cur->next;cur_i++;}if(!cur->next)		// 下个结点无效，说明已经移动到最后{printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);return -1;		// 链表没有 n 那么长}DoubleListNode *delete = cur->next;delete->prior->next = delete->next;delete->next->prior = delete->prior;free(delete);return 0;
}

📌3.5 双向链表查找数据

查找数据时，将指针指向第一个结点而非头结点，下面函数中list是头指针，指向头结点，双向链表非空时，list->next就是第一个结点；双向链表为空时，list->next == NULL。双向链表 和 单链表 查找数据的算法是一样的。

双向链表查找第n个数据的算法思路：

1、定义一个结点指针cur指向第一个结点(list->next)，用来遍历链表；
2、定义一个变量cur_i，用来表示当前结点的序号，初始化为1(第一步指向的就是第一个结点)；
3、若当前结点有效，且当前位置不是查找位置n，就继续后移，直到最后结点或cur_i==n跳出循环;
4、若结束循环后，当前结点无效，说明已经移动到最后，链表长度不够；
5、否则，说明当前结点(cur)就是查找位置n的结点；返回结点数据*data = cur->data。

C语言实现代码如下：

int ListFind(DoubleLinkList list, int *data, int n)
{if(list==NULL || data==NULL || n<1)return -1;DoubleListNode* cur = list->next;// 指向第一个节点int cur_i=1;			// i表示当前结点的序号while(cur && cur_i<n)	// 当前结点有效，且当前位置不是查找位置n，就往后移动一个{cur = cur->next;cur_i++;}if(!cur)			// 当前结点无效，说明已经移动到最后{printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);return -1;	// 链表没有 n 那么长}*data = cur->data;printf("[%s %d]find No.%d = %d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n,*data);return 0;
}

📌3.6 双向链表的销毁

双向链表销毁的算法思路：

1、定义一个结点指针cur指向第一个结点，用来遍历链表；
2、定义一个结点指针next，保存下个结点地址；
3、当前指针不是指向最后一个结点的指针域就后移，进入循环：3.1、先保存下个结点地址，因为下个结点本来保存在cur->next，直接free(cur)会丢掉下个结点；3.2、删除当前结点，释放内存3.3、将当前指针指向前面保存好的下个结点。
4、结束循环后，已经删除完所有节点，此时需要将头结点的两个指针域都指向NULL，表示空链表。

C语言实现代码如下：

void ListDestroy(DoubleLinkList list)
{DoubleListNode* cur = list->next;	// 指向第一个节点DoubleListNode* next = NULL;		// 用于保存下个结点地址while(cur)	// 当前结点有效，就往后移动{next = cur->next;		// 保存下个结点地址//printf("[%s %d]delete %d\n", __FUNCTION__,__LINE__, cur->data);free(cur);				// 删除当前结点、并释放内存cur = next;				// 将当前结点指针指向下个结点}list->prior = NULL;list->next = NULL;
}

四、双向链表完整代码

代码只是为了更好地了解循环链表，实现过程可能存在不足，有发现的，欢迎指正，谢谢！！！
代码已在Ubuntu编译通过，可执行。

// DoubleList.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef int ElemType;
typedef struct _DoubleListNode
{ElemType data;struct _DoubleListNode *prior;	// 前驱指针struct _DoubleListNode *next;	// 后驱指针
}DoubleListNode;
typedef DoubleListNode* DoubleLinkList;DoubleLinkList ListInit()
{DoubleLinkList list = (DoubleLinkList)malloc(sizeof(DoubleListNode));list->prior = NULL;list->next = NULL;list->data = -1;return list;
}int ListInsert(DoubleLinkList list, int data, int n)// 将node插入到第n位,n从1开始
{if(list==NULL || n<1) // 判断参数有效性return -1;DoubleListNode* cur = list;	// cur指向当前结点，初始化指向头结点int cur_i=0;				// cur_i表示当前结点的序号,0-头结点while(cur && cur_i<(n-1))// 当前结点有效，且不是插入位置的前一个结点，就后移一个{cur = cur->next;cur_i++;}if(!cur)			// 当前结点无效，说明已经移动到最后{printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);return -1;	// 链表没有 n 那么长}DoubleListNode* new = (DoubleListNode*)malloc(sizeof(DoubleListNode));new->data = data;new->prior = cur;new->next = cur->next;if(cur->next)		// 在最后一个结点插入时，cur->next==NULLcur->next->prior = new;cur->next = new;return 0;
}// 删除第n个结点，且将删除的值通过data传出
int ListDelete(DoubleLinkList list, int *data, int n)
{if(list==NULL || data==NULL || n<1)return -1;DoubleListNode* cur = list;	// cur指向当前结点，初始化指向头结点int cur_i=0;				// cur_i表示当前结点的序号,0-头结点while(cur->next && cur_i<(n-1)){// 下个结点有效，且当前位置不是删除位置的前一个，就后移一个cur = cur->next;cur_i++;}if(!cur->next)		// 下个结点无效，说明已经移动到最后{printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);return -1;		// 链表没有 n 那么长}DoubleListNode *delete = cur->next;delete->prior->next = delete->next;delete->next->prior = delete->prior;free(delete);return 0;
}int ListFind(DoubleLinkList list, int *data, int n)
{if(list==NULL || data==NULL || n<1)return -1;DoubleListNode* cur = list->next;// 指向第一个节点int cur_i=1;			// i表示当前结点的序号while(cur && cur_i<n)	// 当前结点有效，且当前位置不是查找位置n，就往后移动一个{cur = cur->next;cur_i++;}if(!cur)			// 当前结点无效，说明已经移动到最后{printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);return -1;	// 链表没有 n 那么长}*data = cur->data;printf("[%s %d]find No.%d = %d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n,*data);return 0;
}void ListDestroy(DoubleLinkList list)
{DoubleListNode* cur = list->next;	// 指向第一个节点DoubleListNode* next = NULL;		// 用于保存下个结点地址while(cur)	// 当前结点有效，就往后移动{next = cur->next;		// 保存下个结点地址//printf("[%s %d]delete %d\n", __FUNCTION__,__LINE__, cur->data);free(cur);				// 删除当前结点、并释放内存cur = next;				// 将当前结点指针指向下个结点}list->prior = NULL;list->next = NULL;
}void ListPrintf(DoubleLinkList list)
{DoubleListNode* cur = list->next;// 指向第一个节点printf("list:[");while(cur){printf("%d,",cur->data);cur = cur->next;}printf("]\n");
}int main()
{DoubleLinkList list=ListInit();int data=0;printf("Linklist is empty !!! \n");ListInsert(list, 2, 2);		// 空链表时，验证插入ListDelete(list, &data, 1);	// 空链表时，验证删除ListFind(list, &data, 1);	// 空链表时，验证查询ListDestroy(list);			// 空链表时，验证销毁printf("\ninsert 3 data\n");// 正常插入3个数据ListInsert(list, 1, 1);ListInsert(list, 2, 2);ListInsert(list, 3, 3);ListPrintf(list);printf("\n验证错误值\n");ListInsert(list, 5, 5);		// 验证插入ListDelete(list, &data, 4);	// 验证删除ListFind(list, &data, 4);	// 验证查询printf("\n正常操作\n");// 正常操作ListFind(list, &data, 2);printf("delete 2,now\n");ListDelete(list, &data, 2);ListPrintf(list);printf("Insert 4 to 2,now\n");ListInsert(list, 4, 2);ListPrintf(list);printf("Destroy ,now\n");ListDestroy(list);ListPrintf(list);return 0;
}