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顺据结构（C\C++）——双向链表

news 来源：原创 2025/6/1 15:34:47

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

在这里插入图片描述

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。
在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

//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
在这里插入图片描述

//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->next
	pos->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->next
	pos->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