【初阶数据结构】逆流的回环链桥：双链表

双链表接口实现

这次我们实现的是带头双向循环的链表，不仅有指向前一个节点的prev指针，还有指向下一个节点的next指针，最后一个节点有指向开头的指针next，开头的节点有指向结尾的指针prev，形成循环

双链表定义：

typedef int LTDataType;

typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	LTDataType data;
}LTNode;

有人问为什么每次都要重新定义数据类型，因为每次的节点数据类型不一定是一样的，定义一下方便修改所有地方的数据类型

双链表节点创建

LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return NULL;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

还是和之前的链表节点创建一样，这里不过多叙述

双链表初始化

LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = BuyListNode(-1);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}

通常我们会在主函数创建一个指针接收一个初始化指针，prev和next都指向自己形成循环，也就是一个哨兵位，也间接规避了链表为空的情况，直接可以PushBack节点

双链表销毁

void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

head是哨兵位需要开始时被访问，所以从phead->next开始，先保存下一个节点的指针，然后释放当前移动指针指向的节点，再把保存过的节点赋值给移动指针实现移动遍历节点，最后再释放哨兵位head

双链表打印

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

要根据双链表的特性来，双链表有哨兵位，所以打印要从哨兵位的下一个节点开始打印，直到遇到的节点的next指针指向哨兵位

双链表检查是否为空

int LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return phead->next == phead ? 0 : 1;
}

为了方便在增删查改中避免链表为空的情况，and多处需使用到，所以特别写一个判空函数，因为是循环链表，所以指向自己表明链表只有一个哨兵位，则返回0，反则返回1

双链表尾插

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	phead->prev->next = newnode;
	newnode->prev = phead->prev;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

由于是带头循环，所以每个节点都有4条逻辑线连接着，通常先修改两个节点间的链接，再修改循环的链接

双链表头插

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	newnode->next = phead->next;
	phead->next->prev = newnode;
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
}

无论是什么情况下，都要注意连接的顺序是否会影响到其他步骤的正常赋值，所以头插就需要先链接newnode的next指针，即通常先链接后面的节点

双链表尾删

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(LTEmpty(phead));

	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailPrev = tail->prev;

	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;
	free(tail);
	tail = NULL;
}

首先遇到删除就要注意是不是空链表，存不存在节点来删除，然后要分别存储最后一个节点和倒数第二个节点，方便进行链接释放的操作

双链表头删

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(LTEmpty(phead));

	LTNode* first = phead->next;
	phead->next = first->next;
	first->next->prev = phead;
	free(first);
	first = NULL;
}

相同的操作，无论是删除还是销毁，都要记得存储需要释放的节点相关指针，因为需要在删除之后将其连接的的节点连接起来

双链表查找

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

我们在查找时肯定是查找有效的数据，所以我们查找是从哨兵位后一个节点开始的，查找方法也很简单，遍历整个双链表，看看能否找到相应的数据，找得到就返回对应节点，找不到就返回空

双链表在pos位置插入x

void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);

	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	pos->prev->next = newnode;
	newnode->prev = pos->prev;
	pos->prev = newnode;
	newnode->next = pos;
}

因为双向链表有prev，就不用在意是pos前还是pos后插入，这里用的是pos前插入

双链表在pos位置删除x

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

其实和头删尾删的原理是一样的，直接删除，然后将剩余两个断开的节点链接就行了

顺序表和链表对比

顺序表和链表各有各的好处

🚩顺序表： 适用于对随机访问性能要求高，元素数量可预估，且不需要频繁进行插入和删除操作的场景

🚩链表： 适用于需要频繁插入和删除元素，元素数量动态变化，难以预估元素数量的场景

代码展示

传送门：Gitee双链表代码

List.h

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

typedef int LTDataType;

typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	LTDataType data;
}LTNode;

LTNode* LTInit();

void LTDestroy(LTNode** pphead);

void LTPrint(LTNode* phead);

LTNode* BuyListNode(LTDataType x);

int LTEmpty(LTNode* phead);

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);

void LTPopBack(LTNode* phead);

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);

void LTPopFront(LTNode* phead);

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);

void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);

void LTErase(LTNode* pos);

List.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "List.h"

//初始化
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = BuyListNode(-1);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}

//销毁
void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

//打印
void LTPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	printf("<= head =>");
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf(" %d =>", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

//创建节点
LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return NULL;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

//判空
int LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return phead->next == phead ? 0 : 1;
}

//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* tail = phead->prev;
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(LTEmpty(phead));

	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailPrev = tail->prev;

	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;
	free(tail);
	tail = NULL;
}

//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	newnode->next = phead->next;
	phead->next->prev = newnode;
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
}

//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(LTEmpty(phead));

	LTNode* first = phead->next;
	phead->next = first->next;
	first->next->prev = phead;
	free(first);
	first = NULL;
}

//查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

//在pos处插入x
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);

	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	pos->prev->next = newnode;
	newnode->prev = pos->prev;
	pos->prev = newnode;
	newnode->next = pos;
}

//在pos处删除x
void LTErase(LTNode* phead, LTNode* pos)
{
	assert(LTEmpty(phead));
	pos->prev->next = pos->next;
	pos->next->prev = pos->prev;
	free(pos);
}

---

希望读者们多多三连支持

小编会继续更新

你们的鼓励就是我前进的动力！