数据结构之双链表(超详解)

链表分类

链表总共有八种结构如下。


在众多链表结构中，实际中最常用的有这两种结构：单链表和双向带头循环链表(即双链表)。

1. 无头单向非循环链表：结构简单，⼀般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。
2. 带头双向循环链表：结构最复杂，⼀般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势。(并且掌握如上两种数据结构的实现，其他种类的链表也能够实现)

双向链表

概念

这里的head充当什么作用呢？
带头链表里的头结点，实际为“哨兵位”，哨兵位结点不存储任何有效元素，只是站在这里"放哨的"。

结构

根据双链表概念，定义结构两个指针分别指向下一个结点和前一个结点的地址，并且每一个结点都能存储数据data。

申请结点

创建头节点

根据概念创建一个头结点起到"放哨"的作用，这个结点可随意给值。
为什么用一级指针接收呢？
保证哨兵位节点不能被删除(若被删除则不是双链表)，节点的地址也不能发生改变，因此传一级最合适。

尾插、头插

尾插

首先，通过函数创建一个新节点，并将其数据域设置为输入的值x，得到新节点的指newnode。

设置新结点的指针以插入到尾部。由于这是一个循环链表，尾节点的next指向头节点，所以将新节点newnode的prev指针指向前一个结点。

更新原链表尾节点的指针，使其next指针指向新节点newnode，这样新节点就被正确地链接到链表的末尾。

最后，调整原头节点phead的prev指针，使其指向新节点newnode，确保链表的循环特性仍然保持，即尾节点的next始终指向头节点。

头插

头插与尾插的方法类似。

尾删、头删

尾删

1. 保证双链表有效(即至少有一个哨兵位)。
2. 定义结点del保存尾结点，让尾结点的前一个结点的next指向头结点。
3. 头结点指向del的前一个结点。
4. 释放尾结点del。
   
   

头删

头删与尾删的方法类似。

指定位置插入、删除结点

指定位置插入结点

1. 指向结点是否有效，若无效则断言。
2. 创建新结点，newnode的next指向未更新链表指定位置的下一个结点；newnode的prev指向指定结点。
3. 未更新链表指定位置的下一个结点指向newnode结点；指定结点指向newnode结点。
   
   

指定位置删除结点

删除指定结点，想要形参的改变影响到实参，那么传二级指针不是更好吗？
事实的确如此，那么我们为什么在这里是传一级指针呢？
目的是为了保证接口一致性。可以发现，我们前面函数的实现大部分都是通过传一级指针实现双链表功能，如果这里突然传二级指针会造成疑惑。
需要注意的是：删除指定结点后，由于形参不能改变实参，因此需要我们手动置指定结点为NULL。

查找结点

和单链表一样，我们只需要遍历原链表查找结点，若没找到则返回NULL。

链表打印

双链表销毁

1. 定义pcur指向头结点的下一个结点，并遍历双链表。
2. 每次释放pcur结点，并让pcur指向下一个结点，直到pcur与头结点phead相遇为止。
3. 为了保证接口的一致性，这里同样采用传一级指针，需要手动置双链表的头结点为NULL。
   

双链表实现

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>

typedef int LTDataType;

//定义双向链表节点的结构
typedef struct ListNode
{
	LTDataType data;
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
}LTNode;


//声明双向链表中提供的方法

//初始化
//void LTInit(LTNode** phead);
LTNode* LTInit();
//打印双链表
void LTPrint(LTNode* phead);

//哨兵位节点不能被删除，节点的地址也不能发生改变，因此传一级最合适
//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);//插入数据之前，，链表必须初始化到只有一个头结点的情况
//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);
//头删
void LTPopFront(LTNode* phead);
//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//删除pos节点
void LTErase(LTNode* pos);
//查找节点
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);
//销毁节点
void LTDesTroy(LTNode* phead);

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"List.h"

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

	return node;
}

//初始化
LTNode* LTInit()
{
	//创建头结点
	//LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	//phead->data = -1;
	//phead->next = phead->prev = phead;
	//给双向链表创建一个哨兵位
	LTNode *phead = LTBuyNode(-1);
}
//打印双链表
void LTPrint(LTNode* phead)
{
	assert(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)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
	//phead  newnode  phead->prev
	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  prev->next
	newnode->prev = phead;
	newnode->next = phead->next;

	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);
	//phead  phead->prev->prev  phead->prev
	//phead  del->prev  del  让del=phead->prev
	LTNode* del = phead->prev;
	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;
	//释放del节点
	free(del);
	del = NULL;
}
//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead && phead->next != phead);
	//phead phead->next phead->next->next
	//phead del del->next  让del=phead->next
	LTNode* del = phead->next;
	phead->next = del->next;
	del->next->prev = phead;
	//释放del节点
	free(del);
	del = 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)//二级指针更好
{
	assert(pos);
	//pos->prev  pos pos->next
	pos->next->prev = pos->prev;
	pos->prev->next = pos->next;

	free(pos);
	pos = NULL;
}
//查找节点
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		if (pcur->data == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	//没有找到
	return NULL;
}
//销毁节点
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未被销毁
	free(phead);
	phead = NULL;
}

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"List.h"

void ListTest()
{
	//LTNode* plist = NULL;
	//LTInit(&plist);
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4);
	LTPrint(plist);
	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);
	LTNode* find = LTFind(plist, 1);
	//if (find == NULL)
	//{
	//	printf("没有找到\n");
	//}
	//else {
	//	printf("找到了\n");
	//}
	LTInsert(find, 4);
	LTPrint(plist);
	LTErase(find);//不传二级(保持接口一致性)
	find = NULL;
	LTPrint(plist);
	LTDesTroy(plist);
	plist = NULL;
}

int main()
{
	ListTest();
	return 0;
}