數據結構 -- 鏈表--雙向鏈表的特點、操作函數

雙向鏈表的操作函數

DouLink.c
#include "DouLink.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>/*** @brief 創建一個空的雙向鏈表* * 動態分配雙向鏈表管理結構的內存，并初始化頭指針和節點計數* * @return 成功返回指向新鏈表的指針，失敗返回NULL*/
DouLinkList *CreateDouLinkList()
{// 為鏈表管理結構分配內存DouLinkList *dl = malloc(sizeof(DouLinkList));if (NULL == dl){perror("CreateDouLinkList malloc");  // 分配失敗時輸出錯誤信息return NULL;}dl->head = NULL;  // 初始化頭指針為空（空鏈表）dl->clen = 0;     // 初始化節點計數為0return dl;
}/*** @brief 在雙向鏈表頭部插入新節點* * 動態創建新節點，將數據存入節點并插入到鏈表頭部* * @param dl 指向雙向鏈表的指針* @param data 指向要插入的數據的指針* @return 成功返回0，失敗返回1*/
int InsertHeadDouLinkList(DouLinkList *dl, DATATYPE *data)
{// 為新節點分配內存DouLinkNode *newnode = malloc(sizeof(DouLinkNode));if (NULL == newnode){perror("InsertHeadDouLinkList malloc\n");  // 分配失敗時輸出錯誤信息return 1;}// 復制數據到新節點memcpy(&newnode->data, data, sizeof(DATATYPE));newnode->next = NULL;  // 初始化新節點的后繼指針newnode->prev = NULL;  // 初始化新節點的前驅指針// 如果鏈表為空，直接將新節點作為頭節點if (IsEmptyDouLinkList(dl)){dl->head = newnode;}// 否則將新節點插入到頭部else{newnode->next = dl->head;       // 新節點的后繼指向原頭節點dl->head->prev = newnode;       // 原頭節點的前驅指向新節點dl->head = newnode;             // 更新頭指針為新節點}dl->clen++;  // 節點計數加1return 0;
}/*** @brief 在雙向鏈表尾部插入新節點* * 動態創建新節點，將數據存入節點并插入到鏈表尾部* * @param dl 指向雙向鏈表的指針* @param data 指向要插入的數據的指針* @return 成功返回0，失敗返回1*/
int InsertTailDouLinkList(DouLinkList *dl, DATATYPE *data)
{// 如果鏈表為空，直接調用頭部插入函數if (IsEmptyDouLinkList(dl)){return InsertHeadDouLinkList(dl, data);}// 否則在尾部插入else{// 為新節點分配內存DouLinkNode *newnode = malloc(sizeof(DouLinkNode));if (NULL == newnode){perror("InsertTailDouLinkList malloc\n");  // 分配失敗時輸出錯誤信息return 1;}// 復制數據到新節點memcpy(&newnode->data, data, sizeof(DATATYPE));newnode->next = NULL;  // 新節點的后繼為空（作為尾節點）newnode->prev = NULL;  // 初始化前驅指針// 找到當前尾節點DouLinkNode *tmp = dl->head;while (tmp->next)  // 遍歷到最后一個節點{tmp = tmp->next;}// 將新節點鏈接到尾節點后newnode->prev = tmp;  // 新節點的前驅指向原尾節點tmp->next = newnode;  // 原尾節點的后繼指向新節點}dl->clen++;  // 節點計數加1return 0;
}/*** @brief 在雙向鏈表指定位置插入新節點* * 在鏈表的指定索引位置插入新節點，索引從0開始* * @param dl 指向雙向鏈表的指針* @param data 指向要插入的數據的指針* @param pos 插入位置的索引* @return 成功返回0，失敗返回1*/
int InsertPosDouLinkList(DouLinkList *dl, DATATYPE *data, int pos)
{int size = GetSizeDouLinkList(dl);// 檢查位置是否合法if (pos < 0 || pos > size){printf("InsertPosDouLinkList pos error\n");return 1;}// 位置0等同于頭部插入if (0 == pos){return InsertHeadDouLinkList(dl, data);}// 位置等于鏈表長度等同于尾部插入else if (size == pos){return InsertTailDouLinkList(dl, data);}// 中間位置插入else{// 為新節點分配內存，注意只能再此處為該新節點的分配內存，（因為如果上面的條件符合，調用頭插或尾插函數時就會有分配內存這一操作，如果一開始就為該新節點分配內存可能會導致段錯誤）DouLinkNode *newnode = malloc(sizeof(DouLinkNode));if (NULL == newnode){perror("InsertPosDouLinkList malloc\n");  // 分配失敗時輸出錯誤信息return 1;}// 復制數據到新節點memcpy(&newnode->data, data, sizeof(DATATYPE));newnode->next = NULL;newnode->prev = NULL;// 找到要插入位置的節點DouLinkNode *tmp = dl->head;while (pos--)  // 移動到目標位置{tmp = tmp->next;}// 插入新節點newnode->next = tmp;            // 新節點的后繼指向當前節點newnode->prev = tmp->prev;      // 新節點的前驅指向當前節點的前驅tmp->prev = newnode;            // 當前節點的前驅指向新節點newnode->prev->next = newnode;  // 當前節點原前驅的后繼指向新節點}dl->clen++;  // 節點計數加1return 0;
}/*** @brief 顯示雙向鏈表中的所有節點數據* * 可以按照正向或反向遍歷并打印鏈表中的所有數據* * @param dl 指向雙向鏈表的指針* @param direct 遍歷方向（正向或反向）* @return 成功返回0*/
int ShowDouLinkList(DouLinkList *dl, DIRECT direct)
{DouLinkNode *tmp = dl->head;// 正向遍歷（從頭部到尾部）if (DIR_FORWARD == direct){while (tmp)  // 遍歷所有節點{// 打印節點數據printf("name:%s sex:%c age:%d score:%d\n", tmp->data.name, tmp->data.sex, tmp->data.age, tmp->data.score);tmp = tmp->next;  // 移動到下一個節點}}// 反向遍歷（從尾部到頭部）else{// 先移動到尾節點while (tmp->next){tmp = tmp->next;}// 從尾節點遍歷到頭部while (tmp){// 打印節點數據printf("name:%s sex:%c age:%d score:%d\n", tmp->data.name, tmp->data.sex, tmp->data.age, tmp->data.score);tmp = tmp->prev;  // 移動到前一個節點}}return 0;
}/*** @brief 判斷雙向鏈表是否為空* * @param dl 指向雙向鏈表的指針* @return 鏈表為空返回1，不為空返回0*/
int IsEmptyDouLinkList(DouLinkList *dl)
{return 0 == dl->clen;  // 通過節點計數判斷是否為空
}/*** @brief 按姓名查找雙向鏈表中的節點（舊版實現，通過姓名直接匹配，可與函數指針回調版對比）* * 遍歷雙向鏈表，逐個對比節點中存儲的姓名與傳入的目標姓名，找到則返回對應節點指針，用于簡單的按姓名精準查找場景。* 若后續有多樣化查找需求（比如按年齡、分數等），更推薦用函數指針回調的通用查找方式（ FindDouLinkList 函數）。* * @param dl 指向要操作的雙向鏈表管理結構的指針，通過它能訪問鏈表頭節點，進而遍歷整個鏈表* @param name 要查找的目標姓名，以字符串形式傳入，用于和鏈表節點中存儲的姓名做對比* @return 找到匹配姓名的節點時，返回該節點的指針；遍歷完鏈表未找到時，返回 NULL */
DouLinkNode *FindDouLinkList(DouLinkList *dl, char *name)
{DouLinkNode* tmp = dl->head;  // 從鏈表頭節點開始遍歷while (tmp)  // 只要當前節點指針不為空，就持續遍歷{// 調用 strcmp 函數對比當前節點姓名和目標姓名，strcmp 返回 0 表示字符串相等if (0 == strcmp(tmp->data.name, name))  {return tmp;  // 找到匹配姓名的節點，返回該節點指針}tmp = tmp->next;  // 移動到下一個節點，繼續遍歷}return NULL;  // 遍歷完所有節點都沒找到匹配姓名的，返回 NULL
}/*** @brief 在雙向鏈表中查找符合條件的節點* * 使用回調函數作為匹配條件，實現靈活的查找功能* * @param dl 指向雙向鏈表的指針* @param fun 回調函數指針，用于判斷節點是否符合條件* @param arg 傳遞給回調函數的參數，作為查找條件* @return 找到返回匹配節點的指針，未找到返回NULL*/
DouLinkNode *FindDouLinkList(DouLinkList *dl, PFUN fun, void *arg)
{DouLinkNode *tmp = dl->head;  // 從頭部開始遍歷while (tmp)  // 遍歷所有節點{// 調用回調函數判斷當前節點是否符合條件if (fun(&tmp->data, arg)){return tmp;  // 找到匹配節點，返回該節點指針}tmp = tmp->next;  // 移動到下一個節點}return NULL;  // 未找到匹配節點
}/*** @brief 反轉雙向鏈表* * 將雙向鏈表的節點順序反轉，改變節點間的鏈接關系* * @param dl 指向雙向鏈表的指針* @return 成功返回0，無需反轉返回1*/
int ReverseDouLinkList(DouLinkList *dl)
{int size = GetSizeDouLinkList(dl);// 節點數小于2時無需反轉if (size < 2){printf("No need to reverse (size < 2)\n");return 1;}DouLinkNode *cur = dl->head;  // 當前節點指針，從頭部開始DouLinkNode *Prev = NULL;     // 保存前一個節點的指針while (cur != NULL){  DouLinkNode *tmp = cur->next;  // 保存下一個節點，防止斷鏈cur->next = Prev;              // 反轉當前節點的后繼指針，指向前一個節點cur->prev = tmp;               // 反轉當前節點的前驅指針，指向后一個節點Prev = cur;                    // 更新前一個節點指針cur = tmp;                     // 移動到下一個節點}dl->head = Prev;  // 反轉后，原尾節點成為新的頭節點return 0;
}/*** @brief 獲取雙向鏈表的節點數量* * @param dl 指向雙向鏈表的指針* @return 返回鏈表中的節點數量*/
int GetSizeDouLinkList(DouLinkList *dl)
{return dl->clen;  // 直接返回節點計數值
}/*** @brief 修改雙向鏈表中符合條件的節點數據* @param dl 雙向鏈表的指針* @param fun 比較函數指針，用于查找目標節點* @param arg 傳給比較函數的參數（用于指定查找條件）* @param newdata 指向新數據的指針，將用此數據替換找到節點的數據* @return 0表示修改成功，1表示修改失敗（未找到節點）*/
int ModifyDouLinkList(DouLinkList *dl, PFUN fun, void *arg, DATATYPE *newdata)
{// 調用查找函數，根據fun和arg找到目標節點DouLinkNode *tmp = FindDouLinkList(dl, fun, arg);// 若未找到目標節點，打印錯誤信息并返回失敗if (NULL == tmp){printf("ModifyDouLinkList failure failure\n");return 1;}// 將新數據拷貝到找到的節點中（覆蓋原有數據）// 使用memcpy確保結構體所有成員都被正確替換memcpy(&tmp->data, newdata, sizeof(DATATYPE));// 修改成功，返回0return 0;
}/*** @brief 從雙向鏈表中刪除符合條件的節點* @param dl 雙向鏈表的指針* @param fun 比較函數指針，用于查找目標節點* @param arg 傳給比較函數的參數（用于指定查找條件）* @return 0表示刪除成功，1表示刪除失敗（未找到節點）*/
int DeleteDouLinkList(DouLinkList *dl, PFUN fun, void *arg)
{// 調用查找函數，根據fun和arg找到目標節點DouLinkNode *tmp = FindDouLinkList(dl, fun, arg);// 若未找到目標節點，打印錯誤信息并返回失敗if (NULL == tmp){printf("del failure\n");return 1;}// 情況1：刪除的是頭節點if (tmp == dl->head){// 將頭指針指向原頭節點的下一個節點dl->head = dl->head->next;// 若新頭節點存在，需要將其prev指針置為NULL（斷開與原頭節點的聯系）if (dl->head){dl->head->prev = NULL;}}// 情況2：刪除的是中間節點或尾節點else{// 若當前節點不是尾節點，需要將下一個節點的prev指向當前節點的前一個節點if (tmp->next){tmp->next->prev = tmp->prev;}// 將當前節點前一個節點的next指向當前節點的下一個節點tmp->prev->next = tmp->next;}// 釋放被刪除節點的內存，避免內存泄漏free(tmp);// 鏈表長度減1dl->clen--;// 刪除成功，返回0return 0;
}/*** @brief 銷毀整個雙向鏈表，釋放所有分配的內存* @param dl 雙向鏈表的指針* @return 0表示銷毀成功*/
int DestroyDouLinkList(DouLinkList *dl)
{DouLinkNode *tmp = NULL;// 循環刪除鏈表中的所有節點while (1){// 每次獲取當前頭節點tmp = dl->head;// 若頭節點為NULL，說明所有節點已刪除，退出循環if (NULL == tmp){break;}// 將頭指針移動到下一個節點dl->head = dl->head->next;// 釋放當前頭節點的內存free(tmp);}// 釋放鏈表結構體本身的內存free(dl);// 銷毀成功，返回0return 0;
}

雙向鏈表特點

雙向鏈表（Doubly Linked List）是一種更復雜的鏈表，它的每個節點不僅包含指向下一個節點的指針（next），還包含指向前一個節點的指針（prev）。

  1. 雙向遍歷

    • 核心特點：可以從頭節點開始向后遍歷，也可以從尾節點開始向前遍歷。這是其與單向鏈表最根本的區別。

  2. 節點結構

    • 每個節點包含三部分：

      • data: 存儲數據。

      • next: 指針，指向下一個節點。

      • prev: 指針，指向前一個節點。

  3. 操作效率（與單向鏈表對比的核心優勢）

    • 刪除特定節點：在已知某個節點指針的情況下，雙向鏈表可以在 O(1) 時間內刪除該節點，因為它可以直接通過?prev?指針找到前驅節點。而單向鏈表需要從頭遍歷才能找到前驅節點，時間復雜度為 O(n)。

    • 在特定節點前插入：同樣，在已知某個節點指針的情況下，雙向鏈表可以在 O(1) 時間內完成在其前面的插入操作。單向鏈表無法直接做到，仍需遍歷尋找前驅節點。

    • 反向遍歷：需要反向遍歷鏈表（例如，從大到小輸出一個有序鏈表）時，雙向鏈表非常高效。單向鏈表則非常笨拙，通常需要借助棧等輔助數據結構，或者先反轉鏈表（這會修改原鏈表）。

  4. 缺點

    • 內存開銷：每個節點都需要一個額外的指針來存儲前驅節點的地址。對于節點數據本身很小的鏈表（例如，只存儲一個整數），這個額外的指針開銷占比會很大。

    • 操作復雜性：插入和刪除節點時，需要維護兩個方向的指針（next?和?prev），共需要修改?4?個指針（在某些邊界情況下是 2 個）。而單向鏈表只需要修改?1?或?2?個指針。代碼實現上更復雜，容易出錯。

與單向鏈表的對比

特性單向鏈表 (Singly Linked List)雙向鏈表 (Doubly Linked List)
節點結構data,?nextdata,?next,?prev
遍歷方向只能從頭到尾單向遍歷可以雙向遍歷（從頭到尾或從尾到頭）
內存占用更小（每個節點少一個指針）更大（每個節點多一個指針）
刪除操作刪除已知節點的前驅節點很高效 (O(1))
刪除已知節點本身需要找前驅，效率低 (O(n))		刪除已知節點本身非常高效 (O(1))
插入操作只能在已知節點后插入?(O(1))
在已知節點前插入需要找前驅，效率低 (O(n))		在已知節點前或后插入都非常高效 (O(1))
靈活性較低很高，前后移動都很方便
代碼復雜度相對簡單相對復雜，需要維護前后指針的完整性

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