【数据结构】双向链表（C语言）

哈喽铁子们，这里是博主鳄鱼皮坡。这篇文章将分享交流双向链表的相关知识，下面正式开始。

1. 双向链表的结构

注意：这里的“带头”跟前面我们说的“头节点”是两个概念，实际前面的在单链表阶段称呼不严

谨，但是为了老铁们更好的理解就直接称为单链表的头节点。

带头链表里的头节点，实际为“哨兵位”，哨兵位节点不存储任何有效元素，只是站在这⾥“放哨

的”。而“哨兵位”存在的意义：遍历循环链表避免死循环。

2. 双向链表的实现

以尾插为例：

第一步：assert(phead); 防止为空。

第二步：创建新节点，和单链表一样用LTBuyNode()函数即可。

第三步：先将新节点指向原链表，由双向链表的特性，我们就不需要像单链表一样遍历去找。newnode->prev即为上图的d3。

（1） newnode->prev = phead->prev;先将新节点的头部指向原链表的最后一个节点，即d3。

（2） newnode->next = phead;而后将新节点的尾部指向原链表的哨兵位。

第四步：将原链表相应的位置指向新节点

（1）phead->prev->next = newnode;原链表的最后节点尾部指向新节点

（2）phead->prev = newnode;原链表的哨兵位头部指向新节点

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

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

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

只要理清楚双向链表节点的指向关系，之后和单链表结构相似。

双链表的代码如下：

//List.c
#include"List.h"

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

//申请节点
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	node->data = x;
	node->next = node->prev = node;

	return node;
}
//初始化
//void LTInit(LTNode** pphead)
//{
//	//给双向链表创建一个哨兵位
//	*pphead = LTBuyNode(-1);
//}
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = LTBuyNode(-1);
	return phead;
}

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

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

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

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

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

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

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	//链表必须有效且链表不能为空（只有一个哨兵位）
	assert(phead && phead->next != phead);

	LTNode* del = phead->prev;
	//phead del->prev del
	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;

	//删除del节点
	free(del);
	del = NULL;
}

//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead && phead->next != phead);
	
	LTNode* del = phead->next;
	
	//phead del del->next
	phead->next = del->next;
	del->next->prev = phead;

	//删除del节点
	free(del);
	del = NULL;
}

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

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

	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
	//pos newnode pos->next
	newnode->next = pos->next;
	newnode->prev = pos;

	pos->next->prev = newnode;
	pos->next = newnode;
}

//删除pos节点
void LTErase(LTNode* pos)
{
	//pos理论上来说不能为phead，但是没有参数phead，无法增加校验
	assert(pos);
	//pos->prev pos pos->next
	pos->next->prev = pos->prev;
	pos->prev->next = pos->next;

	free(pos);
	pos = NULL;
}

void LTDesTroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	//此时pcur指向phead，而phead还没有被销毁
	free(phead);
	phead = NULL;
}

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

//定义节点的结构
//数据 + 指向下一个节点的指针
typedef int SLTDataType;

typedef struct SListNode {
	SLTDataType data;
	struct SListNode* next;
}SLTNode;

void SLTPrint(SLTNode* phead);

//尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x);
//头插
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x);
//尾删
void SLTPopBack(SLTNode** pphead);
//头删
void SLTPopFront(SLTNode** pphead);

//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);

//在指定位置之前插入数据
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x);
//在指定位置之后插入数据
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x);

//删除pos节点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);
//删除pos之后的节点
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos);

//销毁链表
void SListDesTroy(SLTNode** pphead);

3. 顺序表和双向链表的优缺点分析

不同点	顺序表	链表（单链表）
存储空间上	物理上⼀定连续	逻辑上连续，但物理上不⼀定连续
随机访问	⽀持O(1)	不⽀持：O(N)
任意位置插⼊或者删除元素	可能需要搬移元素，效率低O(N)	只需修改指针指向
插⼊	动态顺序表，空间不够时需要扩容	没有容量的概念
应⽤场景	元素⾼效存储+频繁访问	任意位置插⼊和删除频繁