【数据结构与算法】之双向链表及其实现

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2025-01-23 20:37:09

1、双向链表的结构及概念

我们这里要实现的数据结构是带头双向循环的链表（简称双向链表）

下面就是该链表的物理模型啦~

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/c070d929be82965fcfca6f06a598135c.png


​

2、双向链表的实现

2.1 要实现的接口（List.h）

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

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
    struct ListNode* prev;//前驱指针
    LTDataType data;
    struct ListNode* next;//后驱指针
}LTNode;

//链表的初始化
//void LTInit(LTNode** pphead);带参数的初始化
LTNode* LTInit();

//链表销毁
void LTDestroy(LTNode* phead);

//链表的打印
void LTPrint(LTNode* phead);

//链表的尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);

//链表的尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);

//链表的头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);

//链表的头删
void LTPopFront(LTNode* phead);

//在双向链表中查找数据
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);

//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);

//删除pos位置节点
void LTErase(LTNode* pos);

2.2 链表的初始化

注意：在初始化的时候一定要让头结点的prev指针和next指针都指向自己！

//链表的初始化
//void LTInit(LTNode** pphead);带参数的初始化
LTNode* LTInit()
{
    //初始化时创建一个带哨兵卫的头结点
    LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
    if (phead == NULL)
    {
        perror("malloc fail!\n");
        return NULL;
    }
    phead->next = phead->prev = phead;
    phead->data = -1;
    return phead;
}

2.3 链表的销毁

注意：我们一定是从链表的头结点（头结点中并没有有效数据的存储）的下一个位置开始销毁链表的！

//链表销毁
void LTDestroy(LTNode* phead)
{
    assert(phead);
    LTNode* pcur=phead->next;
    LTNode* next = NULL;
    //结束条件是当pcur不等于篇phead
    while (pcur!=phead)
    {
        next = pcur->next;
        free(pcur);
        pcur = next;
    }
}

并且我们在调用链表的销毁函数后依然要手动释放动态内存开辟的phead头结点 ！

为尽量确保接口传递参数的一致性我们并没有传递头结点的地址，所以我们并不能在链表的销毁函数中free我们的头结点！

LTDestroy(plist);
//动态开辟的头结点需要手动释放
free(plist);
plist = NULL;

2.4 链表的打印

遍历链表打印头结点，循环结束的条件是pcur=phead，继续的条件是pcur！=phead

//链表的打印
void LTPrint(LTNode* phead)
{
    assert(phead);
    LTNode* pcur = phead->next;
    LTNode* next = NULL;
    //结束条件是当pcur不等于篇phead
    while (pcur != phead)
    {
        next = pcur->next;
        printf("%d->", pcur->data);
        pcur = next;
    }
    printf("\n");
}

2.5 链表的尾插

新节点的创建（单独封装成为一个函数）

//新节点的创建
LTNode* ListCreatNode(LTDataType x)
{
    LTNode* NewNode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));//开辟空间
    if (NewNode == NULL)//判断空间是否开辟成功
    {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
    NewNode->data = x;//赋值
    NewNode->next = NULL;//置空
    NewNode->prev = NULL;
    return NewNode;
}

链表的尾插 （在为尾插接口中直接调用创建节点的函数）

//链表的尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
    assert(phead);
    LTNode* newNode = ListCreatNode(x);//先创建一个新节点
    LTNode* tail = phead->prev;
    newNode->prev = tail;
    newNode->next = phead;
    tail->next = newNode;
    phead->prev = newNode;
}

2.6 链表的尾删

注意各个节点的指向！

//链表的尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
    //尾删的前提是双向链表不为空
    assert(phead && phead->next != phead);
    LTNode* tail = phead->prev;
    phead->prev = tail->prev;
    tail->prev->next=phead;
    free(tail);
    tail = NULL;
}

2.7 链表的头插

//链表的头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
    assert(phead);
    LTNode* newNode = ListCreatNode(x);//先创建一个新节点
    newNode->next = phead->next;
    newNode->prev = phead;
    phead->next->prev = newNode;
    phead->next = newNode;
}

2.8 链表的头删

//链表的头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
    //头删的前提是双向链表不为空
    assert(phead && phead->next != phead);
    LTNode* start = phead->next;
    phead->next = start->next;
    start->next->prev = phead;
    free(start);
    start= NULL;
}

2.8 链表的查找

返回值是该指向该数据节点的结构体指针，如没有找到，直接返回空！

//在双向链表中查找数据
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
    assert(phead);
    LTNode* pcur = phead->next;
    LTNode* next = NULL;
    //结束条件是当pcur不等于篇phead
    while (pcur != phead)
    {
        if (pcur->data == x)
        {
            return pcur;
        }
        next = pcur->next;
        pcur = next;
    }
    return NULL;
}

2.9 pos位置插入数据

//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
    assert(pos);
    LTNode* newNode = ListCreatNode(x);//先创建一个新节点
    newNode->next = pos->next;
    newNode->prev = pos;
    pos->next->prev = newNode;
    pos->next = newNode;
}

2.10 pos位置删除数据

//删除pos位置节点
void LTErase(LTNode* pos)
{
    assert(pos);
    pos->prev->next = pos->next;
    pos->next->prev = pos->prev;
    free(pos);
    pos = NULL;
}

3、完整代码

List.h

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

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
    struct ListNode* prev;//前驱指针
    LTDataType data;
    struct ListNode* next;//后驱指针
}LTNode;

//链表的初始化
//void LTInit(LTNode** pphead);带参数的初始化
LTNode* LTInit();

//链表销毁
void LTDestroy(LTNode* phead);

//链表的打印
void LTPrint(LTNode* phead);

//链表的尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);

//链表的尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);

//链表的头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);

//链表的头删
void LTPopFront(LTNode* phead);

//在双向链表中查找数据
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);

//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);

//删除pos位置节点
void LTErase(LTNode* pos);

List.c

#include"List.h"

//链表的初始化
//void LTInit(LTNode** pphead);带参数的初始化
LTNode* LTInit()
{
    //初始化时创建一个带哨兵卫的头结点
    LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
    if (phead == NULL)
    {
        perror("malloc fail!\n");
        return NULL;
    }
    phead->next = phead->prev = phead;
    phead->data = -1;
    return phead;
}

//链表销毁
void LTDestroy(LTNode* phead)
{
    assert(phead);
    LTNode* pcur=phead->next;
    LTNode* next = NULL;
    //结束条件是当pcur不等于篇phead
    while (pcur!=phead)
    {
        next = pcur->next;
        free(pcur);
        pcur = next;
    }
}

//链表的打印
void LTPrint(LTNode* phead)
{
    assert(phead);
    LTNode* pcur = phead->next;
    LTNode* next = NULL;
    //结束条件是当pcur不等于篇phead
    while (pcur != phead)
    {
        next = pcur->next;
        printf("%d->", pcur->data);
        pcur = next;
    }
    printf("\n");
}

//新节点的创建
LTNode* ListCreatNode(LTDataType x)
{
    LTNode* NewNode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));//开辟空间
    if (NewNode == NULL)//判断空间是否开辟成功
    {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
    NewNode->data = x;//赋值
    NewNode->next = NULL;//置空
    NewNode->prev = NULL;
    return NewNode;
}

//链表的尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
    assert(phead);
    LTNode* newNode = ListCreatNode(x);//先创建一个新节点
    LTNode* tail = phead->prev;
    newNode->prev = tail;
    newNode->next = phead;
    tail->next = newNode;
    phead->prev = newNode;
}

//链表的尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
    //尾删的前提是双向链表不为空
    assert(phead && phead->next != phead);
    LTNode* tail = phead->prev;
    phead->prev = tail->prev;
    tail->prev->next=phead;
    free(tail);
    tail = NULL;
}

//链表的头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
    assert(phead);
    LTNode* newNode = ListCreatNode(x);//先创建一个新节点
    newNode->next = phead->next;
    newNode->prev = phead;
    phead->next->prev = newNode;
    phead->next = newNode;
}

//链表的头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
    //头删的前提是双向链表不为空
    assert(phead && phead->next != phead);
    LTNode* start = phead->next;
    phead->next = start->next;
    start->next->prev = phead;
    free(start);
    start= NULL;
}

//在双向链表中查找数据
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
    assert(phead);
    LTNode* pcur = phead->next;
    LTNode* next = NULL;
    //结束条件是当pcur不等于篇phead
    while (pcur != phead)
    {
        if (pcur->data == x)
        {
            return pcur;
        }
        next = pcur->next;
        pcur = next;
    }
    return NULL;
}

//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
    assert(pos);
    LTNode* newNode = ListCreatNode(x);//先创建一个新节点
    newNode->next = pos->next;
    newNode->prev = pos;
    pos->next->prev = newNode;
    pos->next = newNode;
}

//删除pos位置节点
void LTErase(LTNode* pos)
{
    assert(pos);
    pos->prev->next = pos->next;
    pos->next->prev = pos->prev;
    free(pos);
    pos = NULL;
}

Test.c（本人在实现双向链表时的测试代码）

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include"LIst.h"

void TestList1()
{
    LTNode* plist;
    plist = LTInit();//初始化链表
    LTPushBack(plist,1);
    LTPushBack(plist,2);
    LTPushBack(plist,3);
    LTPushFront(plist, 4);
    LTPushFront(plist, 4);
    /*LTPopFront(plist);
    LTPopFront(plist);*/
    LTNode* pos=LTFind(plist, 2);
    printf("删除pos位置之前\n");
    LTPrint(plist);
    LTErase(pos);
    printf("删除pos位置之后\n");
    LTPrint(plist);
    //LTInsert(pos, 5);
    //LTPopBack(plist);
    //LTPopBack(plist);
    //LTPopBack(plist);
    LTDestroy(plist);
    //动态开辟的头结点需要手动释放
    free(plist);
    plist = NULL;
}

int main()
{
    TestList1();

    return 0;
}

文章来源： https://blog.csdn.net/2301_80221228/article/details/137842914
版权声明： 本文为博主原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA 知识共享协议，转载请附上原文出处链接和本声明。

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