顺据结构（C\C++）——双向链表

双向链表

- - 前置知识：链表的分类
  - 1 概念与结构
  - 2 实现双向链表
  - - List.h
    - List.c
    - - 初始化
      - 头插、尾插
      - 指定位置插入
      - 头删、尾删
      - 指定位置删
      - 查找
      - 摧毁
      - 完整代码
    - main.c
  - 3. 顺序表与链表的分析

前置知识：链表的分类

链表的结构⾮常多样，以下情况组合起来就有8种（2x2x2）链表结构

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无头单向非循环链表：结构简单，一般不单独存数据，常作为其他数据结构的子结构，在笔试面试中出现较多。
带头双向循环链表：结构最复杂，一般用于单独存储数据。虽然结构复杂，但实现后会带来很多优势，代码实现反而简单。

1 概念与结构

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带头双向循环链表中，“带头”的头结点实际为“哨兵位”，不存储任何有效元素，只起“放哨”作用。
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2 实现双向链表

总的原则：
头结点要发生改变传二级指针
头结点不需要改变传一级指针

List.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>//双向链表结构
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{int data;struct ListNode* next;struct ListNode* prev;
}LTNode;void LTPrint(LTNode* phead);
//双向链表的初始化
//void LTInit(LTNode** pphead);LTNode* LTInit();//头结点要发生改变传二级
// 不需要改变传一级
//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);//只有一个头结点的情况下，双向链表为空
bool LTEmpty(LTNode* phead);//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);//头删
void LTPopFront(LTNode* phead);//查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);//在pos位置之后插入x
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);//删除pos位置的结点
void LTErase(LTNode* pos);//摧毁
//违背了接口一致性
//void LTDesTroy(LTNode** pphead);
//传一级：需要最后手动置为空（推荐）
void LTDesTroy(LTNode* phead);

List.c

初始化

LTNode* LTBuyNode(LTDataType x)
{LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");exit(1);}newnode->data = x;newnode->next = newnode->prev = newnode;return newnode;
}
/*方法一：通过形参返回*/
//void LTInit(LTNode** pphead)
//{
//	assert(pphead);
//	*pphead = LTBuyNode(-1);
//}
/*方法二：通过返回值返回*/
LTNode* LTInit()
{LTNode* phead = LTBuyNode(-1);return phead;
}

这里建议用方法二，原因是
方法二不用二级指针操作更方便，通过返回值返回；

头插、尾插

头插
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//头插
void LTPushFront(LTNode* phead,LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);newnode->next = phead->next;newnode->prev = phead;phead->next->prev = newnode;phead->next = newnode;
}

尾插
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void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//phead  phead->prev(尾结点) newnode//注意顺序，先处理newnode，再修改phead结点//（1）newnode->prev = phead->prev;newnode->next = phead;//（2）phead->prev->next = newnode;phead->prev = newnode;
}

指定位置插入

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//在pos位置之后插入x
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);newnode->next = pos->next;newnode->prev = pos;pos->next->prev = newnode;pos->next = newnode;
}

头删、尾删

头删
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//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{assert(phead);LTNode* del = phead->next;del->next->prev = phead;phead->next = del->next;free(del);del = NULL;
}

尾删
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//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{assert(!LTEmpty(phead));LTNode* del = phead->prev;del->prev->next = phead;phead->prev = del->prev;free(del);del = NULL;
}

指定位置删

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//删除pos位置的结点
void LTErase(LTNode* pos)
{assert(pos);//pos pos->prev pos->nextpos->next->prev = pos->prev;pos->prev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;
}

查找

//查找
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;
}

摧毁

//销毁
//方法一：main函数调用无需任何操作
//void LTDesTroy(LTNode** pphead)
//{
//	LTNode* pcur = (*pphead)->next;
//
//	while (pcur != *pphead)
//	{
//		LTNode* next = pcur->next;
//		free(pcur);
//		pcur = next;
//	}
//	free(*pphead);
//	*pphead = NULL;
//}
//方法二：在main函数调用后将phead == NULL
void LTDesTroy(LTNode* pphead)
{LTNode* pcur = pphead->next;while (pcur != pphead){LTNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}free(pphead);pphead = NULL;
}

完整代码

#include"List.h"
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x)
{LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");exit(1);}newnode->data = x;newnode->next = newnode->prev = newnode;return newnode;
}
//void LTInit(LTNode** pphead)
//{
//	assert(pphead);
//	*pphead = LTBuyNode(-1);
//}LTNode* LTInit()
{LTNode* phead = LTBuyNode(-1);return phead;
}
//打印双链表
void LTPrint(LTNode* 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  phead->prev(尾结点) newnode//注意顺序，先处理newnode，再修改phead结点//（1）newnode->prev = phead->prev;newnode->next = phead;//（2）phead->prev->next = newnode;phead->prev = newnode;
}//头插
void LTPushFront(LTNode* phead,LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);newnode->next = phead->next;newnode->prev = phead;phead->next->prev = newnode;phead->next = newnode;
}//是否为空
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{return phead == phead->next;
}//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{assert(!LTEmpty(phead));LTNode* del = phead->prev;del->prev->next = phead;phead->prev = del->prev;free(del);del = NULL;
}//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{assert(phead);LTNode* del = phead->next;del->next->prev = phead;phead->next = del->next;free(del);del = NULL;
}//查找
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;
}//在pos位置之后插入x
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);newnode->next = pos->next;newnode->prev = pos;pos->next->prev = newnode;pos->next = newnode;
}//删除pos位置的结点
void LTErase(LTNode* pos)
{assert(pos);//pos pos->prev pos->nextpos->next->prev = pos->prev;pos->prev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;
}//销毁
//void LTDesTroy(LTNode** pphead)
//{
//	LTNode* pcur = (*pphead)->next;
//
//	while (pcur != *pphead)
//	{
//		LTNode* next = pcur->next;
//		free(pcur);
//		pcur = next;
//	}
//	free(*pphead);
//	*pphead = NULL;
//}void LTDesTroy(LTNode* pphead)
{LTNode* pcur = pphead->next;while (pcur != pphead){LTNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}free(pphead);pphead = NULL;
}

main.c

#include"List.h"//
void test01()
{/*LTNode* plist = NULL;LTInit(&plist);*/LTNode* plist = LTInit();LTPushBack(plist, 9);LTPushFront(plist, 1);LTPushFront(plist, 2);LTPushFront(plist, 3);//LTPopBack(plist);//LTPopFront(plist);LTNode* find = LTFind(plist, 2);if (find == NULL){printf("没找到\n");}else{printf("找到了\n");}LTPrint(plist);LTInsert(find, 100);LTPrint(plist);LTErase(find);find = NULL;LTPrint(plist);LTDesTroy(plist);plist = NULL;LTPrint(plist);
}int main()
{test01();return 0;
}

3. 顺序表与链表的分析

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，时间复杂度为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，时间复杂度为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和空间浪费	没有容量的概念，按需申请释放，不存在空间浪费
应用场景	元素高效存储+频繁访问	任意位置高效插入和删除