數據結構-雙鏈表

學習完單鏈表，現在繼續學習雙鏈表

一、雙鏈表結構

帶頭雙向循環鏈表（簡稱：雙鏈表）

注意：這?的“帶頭”跟前面我們說的“頭節點”是兩個概念，實際前面的在單鏈表階段稱呼不嚴謹，但是為了同學們更好的理解就直接稱為單鏈表的頭節點。

帶頭鏈表里的頭節點，實際為“哨兵位”，哨兵位節點不存儲任何有效元素，只是站在這?“放哨 的” “哨兵位”存在的意義： 遍歷循環鏈表避免死循環。

二、雙鏈表的實現

定義雙鏈表節點結構

與單鏈表相比，雙鏈表由于是雙向的，因此它多了一個前驅指針

typedef int LTDataType;typedef struct ListNode
{LTDataType data;struct ListNode* prev;//保存指向前一個節點的指針struct ListNode* next;//指向下一個節點的指針
}LTNode;

說明

雙鏈表是帶頭鏈表，即它的頭節點（哨兵節點）是不可變的，它作用是站崗放哨，為后續的有效節點標明位置，因此，與單鏈表不同的是，雙鏈表在函數傳參的過程中傳的是一級指針，不再是二級指針（保證哨兵節點不可改變）

在接下來的雙鏈表實現中，為保持接口一致性，全部傳一級指針

雙鏈表初始化 InitList

單鏈表為空的意思就是空鏈表，鏈表內無任何節點，而雙鏈表為空時，此時鏈表中只剩下一個頭節點（哨兵節點），無有效節點，代表雙鏈表為空的意思

因此，在插入數據之前，雙鏈表必須初始化到只有一個頭結點的情況

創建一個函數LTBuyNode，表示申請節點，在初始化時給鏈表申請一個哨兵節點

思考一下，是否可以將哨兵節點的prev指針和next指針初始化為NULL？顯然是不可以的

雙鏈表是循環鏈表，它的首尾相連的，因此，鏈表的prev指針和next指針應該在初始化時指向哨兵節點本身

//申請節點
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x)
{LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if(node == NULL){perror("LTBuyNode-malloc");exit(1);}node->data = x;node->next = node->prev = node;return node;
}
//初始化 - 傳一級指針的寫法
LTNode* InitList()
{LTNode* phead = LTBuyNode(-1);//也可以傳其他數字，表示初始化哨兵節點為某一個值return phead;
}//初始化 - 傳二級指針的寫法
void InitList(LTNode** pphead)
{//給雙鏈表創建一個哨兵節點*pphead = LTBuyNode(-1);
}

測試：

//初始化
LTNode* plist = InitList();//LTNode* plist = NULL;
//InitList(&plist);

打印鏈表 LTPrint

打印鏈表的步驟基本上和單鏈表相同，但是要注意，打印雙鏈表的節點時，哨兵節點并不需要打印出來，是從鏈表的第一個有效節點開始打印（即哨兵節點的后一個節點）；

在while循環條件部分不同：雙鏈表頭尾相連，如果按照單鏈表的循環條件pcur進行打印，會陷入無限循環，因此，我們要在尾節點的next指針為頭節點時，停止打印

void LTPrint(LTNode* phead)
{LTNode* pcur = phead->next;while(pcur != phead){printf("%d->",pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("\n");
}

尾部插入/頭部插入

尾插 LTPushBack

我們知道，鏈表的尾節點的next指針就是頭節點phead（尾節點->next=phead），頭節點phead的prev指針就是尾節點（即phead->prev=尾節點）【首尾相連】，我們要做的就是將創建的新節點newnode尾插到原鏈表的尾部作為新的尾節點并與頭節點首尾相連。

首先要做的是將newnode尾插到原鏈表中，將newnode的prev指針指向phead->prev（原尾節點），然后將newnode的next指針指向頭節點phead，這樣就將newnode節點插入到了原鏈表中

接著更新新的尾節點與頭節點頭尾相連，將原鏈表的尾節點phead->prev的next指針指向newnode，然后newnode成為新的尾節點 phead->prev

void LTPushBack(LTNode* phead,LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//1.先在尾部插入新節點newnode->prev = phead->prev;newnode->next = phead;//2.更新新的尾節點與頭節點進行首尾相連phead->prev->next = newnode;phead->prev = newnode;
}

頭插 LTPushFront

要注意，我們所說的頭插是頭插到第一個有效節點的前面，即頭節點（哨兵節點）的后面

（將新節點插入到哨兵節點前面，就是尾插）

首先還是將新節點newnode插入到原鏈表中，將newnode插入到頭節點phead和第一個有效節點phead->next之間，然后更新newnode為新的第一個有效節點：

將phead->next(原第一個有效節點)的prev指針指向newnode，再將newnode的prev指針指向phead，或者先將newnode的prev指針指向phead，再通過newnode找到原第一個有效節點（newnode->next），將newnode->next的prev指針指向newnode

void LTPushFront(LTNode* phead,LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//1.先在頭節點和第一個有效節點之間插入一個新節點，表示頭插newnode->next = phead->next;newnode->prev = phead;//2.更新新的節點為新的第一個有效節點phead->next->prev = newnode;phead->next = newnode;//phead->next = newnode;//newnode->next->prev = newnode;
}

尾部刪除/頭部刪除

尾刪 LTPopBack

能夠進行尾刪的條件：鏈表有效且鏈表不能為空（只有一個哨兵節點）

要將尾節點（phead->prev）刪除，將它的前一個節點phead->prev->prev變成新的尾節點：將phead->prev->prev的next指針指向phead，將phead的prev指針指向phead->prev->prev，然后將原尾節點釋放掉

但是，要注意，此時已經找不到原尾節點的位置了，無法進行釋放操作，因此，在進行以上操作前，先將原尾節點phead->prev存放在一個指針變量del中

void LTPopBack(LTNode* phead)
{//鏈表必須有效且鏈表不能為空（只有一個哨兵位）assert(phead && phead->next != phead);LTNode* del = phead->prev;del->prev->next = phead;phead->prev = del->prev;//刪除del節點free(del);del = NULL;
}

頭刪 LTPopFront

能夠進行頭刪的條件：鏈表有效且鏈表不能為空

頭刪是刪除鏈表的第一個有效節點，使第二個有效節點成為新的第一個有效節點

首先先將要刪除的phead->next節點存放在指針del中，然后將phead的next指針改為del->next(第二個有效節點)，再將del->next的prev指針指向phead，然后將del釋放掉

void LTPopFront(LTNode* phead)
{assert(phead && phead->next != phead);LTNode* del = phead->next;phead->next = del->next;del->next->prev = phead;free(del);del = NULL;
}

查找鏈表 LTFind

通過遍歷鏈表找到想要找的節點數據，如果找到了，返回這個節點的指針，如果沒有找到，返回NULL

LTNode* LTFind(LTNode* phead,LTDataType x)
{LTNode* pcur = phead->next;while(pcur != phead){if(pcur->data == x){return pcur;}pcur = pcur->next;}//沒有找到return NULL;
}

在pos位置之后插入數據 LTInsert

需要將新節點newnode插入在pos和pos->next之間，即先將newnode的prev指針指向pos，newnode的next指針指向pos->next，然后將newnode節點變成新的pos->next節點

注意有一種情況：當pos的位置是尾節點時，就是要在phead->prev和phead之間插入數據，即尾插

但是我們在對該函數傳參時，并不需要用到phead（在pos位置之后插入節點只需知道pos和pos->next，以及要插入的數據即可）,因此，不能直接調用尾插函數。不過我們并不需要調用尾插函數也可以做到，因為將newnode插入pos和pos->next之間的做法也適用于尾插的情況

這里不再畫圖講解

void LTInsert(LTNode* pos,LTDataType x)
{assert(pos);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);newnode->prev = pos;newnode->next = pos->next;pos->next->prev = newnode;pos->next = newnode;
}

在pos位置之前插入數據 LTInsertBefort

需要將newnode節點插入在pos->prev與pos之間，先將newnode的prev指針指向pos->prev，再將newnode的next指針指向pos，表示插入新節點成功，當然，這也有一種情況：當pos的圍位置是第一個有效節點時，就是頭插的方法，不過我們也不需要調用函數使用，因為以上的操作已經覆蓋了頭插做法

void LTInsertBefort(LTNode* pos,LTDataType x)
{assert(pos);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);newnode->prev = pos->prev;newnode->next = pos;pos->prev->next = newnode;pos->prev = newnode;
}

刪除pos節點

刪除pos節點，直接修改pos->next的prev指針為pos->prev，pos->prev的next指針為pos->next，然后將pos節點釋放掉即可

void LTErase(LTNode* pos)
{assert(pos);pos->next->prev = pos->prev;pos->prev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;
}

銷毀鏈表?LTDestroy

在遍歷銷毀鏈表之前，應該保存一下下一個節點的指針，避免后續找不到位置

void LTDestroy(LTNode* phead)
{assert(phead);LTNode* pcur = phead->next;while(pcur != phead){LTNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}//此時pcur指向phead，而phead還沒有被銷毀free(phead);phead = NULL;
}
注意

LTErase 和 LTDestroy 函數參數理論上要傳二級指針，因為我們需要讓形參的改變影響到實參，但為了保持接口一致性傳一級指針，傳一級指針存在的問題：當形參phead置為NULL后，實參plist不會被修改為NULL，因此解決辦法：調用完方法后手動將實參置為NULL

//測試刪除pos節點
LTErase(find);
find = NULL;
LTPrint(plist);//銷毀鏈表
LTDestroy(plist);
plist = NULL;

三、完整代碼

List.h#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>typedef int LTDataType;
//定義雙向鏈表節點的結構
typedef struct ListNode
{LTDataType data;struct ListNode* next;struct ListNode* prev;
}LTNode;//聲明雙向鏈表中提供的方法
//初始化
//void InitList(LTNode** pphead); 
LTNode* InitList();//打印鏈表
void LTPrint(LTNode* phead);//在插入數據之前，鏈表必須初始化到只有一個頭結點的情況
//不改變哨兵位的地址，因此傳一級指針即可
//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
//頭插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);//尾刪
void LTPopBack(LTNode* phead);
//頭刪
void LTPopFront(LTNode* phead);//查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);//在pos位置之后插入數據
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);//在pos位置之前插入數據
void LTInsertFront(LTNode* pos, LTDataType x);//刪除pos節點
void LTErase(LTNode* pos);//銷毀鏈表
void LTDestroy(LTNode* phead);
List.c#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "List.h"//申請節點
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x)
{LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (node == NULL){perror("malloc");exit(1);}node->data = x;node->next = node->prev = node;return node;
}
//初始化
//void InitList(LTNode** pphead)
//{
//	//給雙鏈表申請一個哨兵位
//	*pphead = LTBuyNode(-1);
//}
LTNode* InitList()
{LTNode* phead = LTBuyNode(-1);return phead;
}
//打印鏈表
void LTPrint(LTNode* phead)
{LTNode* pcur = phead->next;while (pcur != phead){printf("%d->", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("\n");
}
//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x) //將新節點插入到頭節點的前面，即尾插
{assert(phead);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//phead phead->prev newnode//1.先在尾部插入新節點newnode->prev = phead->prev;newnode->next = phead;//2.更新新的尾節點與頭節點進行首尾相連phead->prev->next = newnode;phead->prev = newnode;
}
//頭插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x) //頭插，要往頭節點后面插入
{assert(phead);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//phead newnode phead->next//1.先在頭節點和第一個有效節點之間插入一個新節點，表示頭插newnode->next = phead->next;newnode->prev = phead;//2.更新新的節點為新的第一個有效節點phead->next->prev = newnode;phead->next = newnode;//也可以這樣寫/*phead->next = newnode;newnode->next->prev = newnode;*/
}
//尾刪
void LTPopBack(LTNode* phead)
{//鏈表必須有效且鏈表不能為空（只有一個哨兵位）assert(phead && phead->next != phead);LTNode* del = phead->prev;//phead del->prev deldel->prev->next = phead;phead->prev = del->prev;//刪除del節點free(del);del = NULL;
}
//頭刪
void LTPopFront(LTNode* phead)
{assert(phead && phead->next != phead);LTNode* del = phead->next;//phead del del->nextphead->next = del->next;del->next->prev = phead;//刪除del節點free(del);del = NULL;
}
//查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{LTNode* pcur = phead->next;while (pcur != phead){if (pcur->data == x){return pcur;}pcur = pcur->next;}//沒有找到return NULL;
}
//在pos位置之后插入數據
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//pos newnode pos->nextnewnode->prev = pos;newnode->next = pos->next;pos->next->prev = newnode;pos->next = newnode;
}
//在pos位置之前插入數據
void LTInsertFront(LTNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//pos->prev newnode posnewnode->prev = pos->prev;newnode->next = pos;pos->prev->next = newnode;pos->prev = newnode;
}
//刪除pos節點
void LTErase(LTNode* pos)
{//pos理論上來說不能為phead，但是沒有參數phead，無法增加校驗assert(pos);//pos->prev pos pos->nextpos->next->prev = pos->prev;pos->prev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;
}
//銷毀鏈表
void LTDestroy(LTNode* phead)
{assert(phead);LTNode* pcur = phead->next;while (pcur != phead){LTNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}//此時pcur指向phead，而phead還沒有被銷毀free(phead);phead = NULL;
}
test.c#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "List.h"void ListTest01()
{//初始化/*LTNode* plist = NULL;InitList(&plist);*/LTNode* plist = InitList();//測試尾插LTPushBack(plist, 1);LTPushBack(plist, 2);LTPushBack(plist, 3);LTPrint(plist);//測試頭插/*LTPushFront(plist, 1);LTPrint(plist);LTPushFront(plist, 2);LTPrint(plist);LTPushFront(plist, 3);LTPrint(plist);*///測試尾刪/*LTPopBack(plist);LTPrint(plist);LTPopBack(plist);LTPrint(plist);LTPopBack(plist);LTPrint(plist);*///測試頭刪/*LTPopFront(plist);LTPrint(plist);LTPopFront(plist);LTPrint(plist);LTPopFront(plist);LTPrint(plist);*///測試查找鏈表LTNode* find = LTFind(plist, 2);/*if (find == NULL){printf("找不到\n");}else{printf("找到了\n");}*///測試在pos位置之后插入數據/*LTInsert(find, 66);LTPrint(plist);*///測試在pos位置之前插入數據/*LTInsertFront(find, 88);LTPrint(plist);*///測試刪除pos節點LTErase(find);find = NULL;         //LTErase 和 LTDestroy 函數參數理論上要傳二級指針，因為我們需要讓形參的改變影響到實參，但為了保持接口一致性傳LTPrint(plist);      //一級指針，傳一級指針存在的問題：當形參phead置為NULL后，實參plist不會被修改為NULL，因此解決辦法：調用完方法后//手動將實參置為NULL//銷毀鏈表LTDestroy(plist);plist = NULL;
}
int main()
{ListTest01();return 0;
}

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