双向链表详解及实现

双向链表作为链表的重要形式，相比单链表增加了前驱指针，使得节点可以双向遍历，在插入、删除等操作上更加灵活。本文将详细讲解双向链表的结构、实现方法，并与顺序表进行对比分析，帮助大家深入理解双向链表。

1. 双向链表的结构

1.1 结构定义

双向链表中最常用的结构是带头双向循环链表。

• 带头：这里的 “头” 是 “哨兵位”（头节点），不存储有效数据，仅用于简化边界条件处理。
• 双向：每个节点包含prev（前驱指针）和next（后继指针），分别指向前后节点。
• 循环：尾节点的next指向哨兵位，哨兵位的prev指向尾节点，形成闭环。

其结构如下：

1.2 组成结构

链表:由节点组成。

节点:由数据+指向下一个节点的指针+指向前一个节点的指针组成。

1.3 哨兵位的意义

哨兵位（头节点）是双向链表的关键设计，其意义在于：

• 避免遍历或操作时出现死循环（循环结构中通过哨兵位判断边界）。
• 简化空链表和非空链表的操作逻辑（无需单独处理头 / 尾节点为NULL的情况）。

注意：此处的 “带头” 与单链表中 “头节点”（第一个有效节点）不同。单链表的 “头节点” 是有效数据的第一个节点，而双向链表的 “哨兵位” 不存储有效数据，仅作为边界标记。

1.4 单链表和双向链表为空时的区别

2. 双向链表的实现

2.1 节点结构定义

首先定义双向链表的节点结构，包含前驱指针、后继指针和数据域：

//定义
typedef int LTDataType; 
// 数据类型typedef struct ListNode {// 存储的数据LTDataType data;// 指向后一个节点struct ListNode* next; // 指向前一个节点struct ListNode* prev;      
} LTNode;

2.2 核心操作实现

双向链表的核心操作包括初始化、销毁、增删查改等，以下是具体实现：

2.2.1 初始化（LTInit）

初始化函数用于创建哨兵位，并构建循环结构：

//申请节点
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x)
{LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (node == NULL){perror("malloc fail"); // 内存分配失败exit(1); // 异常退出}node->data = x;node->next = node->prev = node;// 初始化哨兵位：自己指向自己（空链表状态）// 无效数据，仅占位return node;
}//初始化
LTNode* LTInit(LTNode** pphead)
{// 创建哨兵位*pphead = LTBuyNode(-1); 
}

 初始化哨兵位：自己指向自己（空链表状态），自循环。

初始化时，不可以将哨兵位的next 指针以及prev 指针初始化为NULL。

测试一下：

void ListTest01()
{LTNode* plist = NULL;//初始化测试LTInit(&plist);
}
int main()
{return 0;
}

调试：

2.2.2 尾插（LTPushBack）

在链表尾部插入新节点：

//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{//注意在插入前,要将链表初始化至只有一个头结点的情况assert(phead);// 创建新节点LTNode* newnode = LTBuyNode(x);// 找到尾节点（哨兵位的prev）LTNode* tail = phead->prev;//需要改 头节点phead 尾节点phead->prev 插入节点newnode// newnodenewnode->prev = phead->prev;newnode->next = phead;//phead->nextphead->prev->next = newnode;//pheadphead->prev = newnode;
}

注意在插入前，要将链表初始化至只有一个头结点的情况。 

对比一下：

哨兵位节点不能被删除，节点的地址也不发生变化，所以传一级指针即可： 

 于是进行以下修改：

不可以改变位置。

2.2.3 打印（LTPrint）

打印函数用于输出链表中的有效数据：

//打印
void LTPrint(LTNode* phead) 
{assert(phead);printf("哨兵位 <-> ");LTNode* pcur = phead->next;while (pcur != phead) { // 遍历到哨兵位停止printf("%d <-> ", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("哨兵位\n"); // 打印闭环标志
}

测试一下：

	//打印插入数据（尾插）测试LTPushBack(plist, 1);LTPrint(plist);LTPushBack(plist, 2);LTPrint(plist);LTPushBack(plist, 3);LTPrint(plist);

 

2.2.4 头插（LTPushFront）

在链表头部（哨兵位后）插入新节点：

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

 这里不可完全交换：

如果要交换，则 phead->next 节点不可以通过哨兵位找，而是 newnode 找。

测试一下：

	//头插测试LTPushFront(plist, 1);LTPrint(plist);LTPushFront(plist, 2);LTPrint(plist);LTPushFront(plist, 3);LTPrint(plist);