双向链表详解

一.双向链表结构

 我们一般所说的双向链表是带头循环双向链表,这里的带头更我们之前的头节点不是一回事。带头链表里的头节点,实际上为哨兵位,哨兵位的头节点种是不存放任何有效数据的,只是站在这里起到放哨的作用。

哨兵位的意义:避免遍历数组时发生死循环。

虽然双向链表的结构比单链表更加复杂,但是实现其实更加简单。

二.双向链表的实现

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* prev; //指针保存前1个节点的地址
	LTDataType data;
	struct ListNode* next; //指针保存下1个节点的地址
}LTNode;

在双向链表中,我们需要两个指针一个指向前一个节点,另一个指向下一个节点。这里我们还是以存储整形数据为例。

在链表中,我们存储新的数据是要创造节点的,所以为了方便,我们单独封装一个函数来实现这个功能。

然后就是链表的初始化。 

void ListNodeInit(struct ListNode** pphead);

 为什么这里要使用二级指针呢?

phead是指向哨兵位的指针,因为链表开始为空,所以phead指向空,pphead是指向pphead的指针,我们为了让phead指向哨兵位,需要改变phead的值,为了改变一级指针的值,我们就需要使用二级指针。

void ListNodeInit(struct ListNode** pphead){
	*pphead = LTNBuyNode(-1);
};

我们直接使用我们前面写的创造节点函数就行,这也是为什么我们在创造节点函数中,要让节点自己指向自己的原因。

 在我们创建完了双链表后,如何打印数据呢?

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

在双向链表中,我们知道第一个节点哨兵位是不存放有效数据的,所以我们pcur起始位置就应该是第二个节点,为了避免死循环,当pcur遇到phead的时候就应该停止打印了.

这里与单链表很像,单链表是遇到空停止。

尾插函数:

void ListNodepushback(LTNode* phead, LTDataType x);

在双链表中,尾插数据很简单,我们知道哨兵位的前一个节点就是尾结点,所以不需要遍历数组找到尾结点了。

尾结点有一个特点就是,它的next指针指向哨兵位,它的prev指针是指向倒数第二个节点。

如何插入数据呢?

首先我们先创建一个新的节点。

我们先不改变原本的链表,我们先来改变新的节点,这个节点要称为新的尾结点,那么它的next指针要指向哨兵位,它的prev指针要指向原本的尾结点。 

	newnode->next = phead;
	newnode->prev = phead->prev;

然后我们在看原链表,我们需要将原本的尾结点的next指向新的尾结点,然后就是将哨兵位的prev指针指向新节点,此时我们就完成了尾插数据。 

void ListNodepushback(LTNode* phead, LTDataType x) {
	assert(phead);
	LTNode*newnode = LTNBuyNode(x);
	newnode->next = phead;
	newnode->prev = phead->prev;
	
	phead->prev->next = newnode;//1
	phead->prev = newnode;//2
};

思考一个问题1和2两行代码可不可以交换,如果不可以说明原因。

答案是不可以的。读者可以自行画图理解。这里简单说明一下

如果先执行2,我们就改变了phead的prev指针,这样我们就找不到原本的尾结点了,这样1就不对了。

头插函数:

void ListNodepushFront(LTNode* phead, LTDataType x);

 如何头插数据呢?

同理我们先创建新的节点。

	assert(phead);
	LTNode*newnode = LTNBuyNode(x);

我们还是现在新的链表上进行更改,新节点作为哨兵位的下一个节点,它的next要指向原本的第二个节点,它的prev节点要指向哨兵位。

	newnode->next = phead->next;
	newnode->prev = phead;

如何我们在改变原链表,原本链表的第二个节点的prev要指向新节点,然后让phead的next指向新节点这样就完成了插入。 

	phead->next->prev = newnode;//1
	phead->next = newnode; //2

 同理思考一下这里的1和2可不可以互换位置?

答案是不可以,如果互换我们就找不到原本的第二个节点了。

尾删函数:

void ListNodepopback(LTNode* phead){
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);
	LTNode* delnode = phead->prev;
	
	delnode->prev->next = phead;
	phead->prev = delnode->prev;
	
	free(phead->prev);
	delnode = NULL;
}

为了方便我们使用,我们不能直接上来就释放要删除的节点,不然我们就无法找到倒数第二个节点了,所以我们先存储起来。

我们要让倒数第二个节点的next指向phead使其称为新的尾结点,然后再将phead的prev指针指向它,这样就完成了删除,最后释放掉delnode。

注:开头的断言多了一个,双链表中的节点个数至少要是一个,我们的哨兵位是不能删除的,所以我们要进行,断言以防止将哨兵位删掉了。

头删函数

void ListNodepopFront(LTNode* phead);

 头删就是删除哨兵位的下一个节点,所以为了防止删除哨兵位,所以我们也要断言一下。

void ListNodepopFront(LTNode* phead) {
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);
	LTNode* delnode = phead->next;
	delnode->next->prev = phead;
	phead->next = delnode->next;
	free(phead->prev);
	delnode = NULL;
}

 接下来就是指定位置插入数据的函数了。

但是在我们删除数据之前我们需要先找到这个位置才行,所以我们要完成查找函数。

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

查找到时就返回这个节点的地址,否则就返回空。

//在pos之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x) { 
	if(pos)
		ListNodepushFront(pos,x);
};
//在pos之前插入数据
void LTInsertbefore(LTNode* pos, LTDataType x) {
	if (pos)
		ListNodepushback(pos,x);
};

通过前面的头插尾插函数,我们不难发现头插起始就是在哨兵位的后面插入一个数据

尾插就是在哨兵位值前插入一个数据,

所以我们可以直接使用这两个函数,将pos当作哨兵位。

void LTErase(LTNode* pos) {
	if (pos)
		ListNodepopFront(pos->prev);
};

头删是删除哨兵位之后的节点,那么我们要删除pos位置上的数据,起始就是将pos->prev当作头节点删除其后位置的数据就行。

 销毁双链表

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

销毁双链表,需要释放掉所以节点,为了防止释放后无法找到下一个节点,还需要一个指针来保存下一个节点。 

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