给链表装上“后视镜”：深入理解双向链表的自由与高效
前言：解锁数据结构新维度——深入探索双向链表
在日常的编程中，我们早已习惯了数组的简单直接，也领略了单链表的轻盈灵活。但你是否曾遇到过这样的困境：
想要删除单链表中的某个节点，却不得不从表头开始苦苦遍历，寻找它那“失联”的前驱节点？
在需要逆向遍历链表时，只能无奈地感叹“假如能倒着来该多好”？
面对需要频繁前后移动、插入删除的复杂数据关系时，感觉单链表有些“力不从心”？
如果你曾有过上述任何一丝念头，那么恭喜你，你即将打开一扇新世界的大门。
单链表如同一条只能向前的单行道，高效但缺乏回旋的余地。而双向链表则为我们提供了更优雅的解决方案。它像是为每个节点都配备了“前视镜”和“后视灯”，不仅知道下一个节点在哪，还清楚地记得上一个节点是谁。这种设计的巧妙，瞬间化解了单链表的诸多尴尬，让数据的穿梭游走变得前所未有的自由。
在这篇博客中，我们将一起：
剖析双向链表的内在结构与核心思想，看它如何用微小的空间代价换来巨大的操作便利。
手把手实现一个功能完整的双向链表，并探讨其中需要注意的细节与边界条件。
分析比较顺序表和链表之间的差异。
无论你是正在准备技术面试，还是渴望优化手头项目的性能，亦或是单纯地对数据结构充满好奇，掌握双向链表都将极大提升你对“数据链接”的理解深度。
让我们一起，告别单向的束缚，拥抱双向的自由。开启这段旅程，你会发现，数据操作的效率与优雅，原来可以兼得。
一，双向链表的结构
如图所示，便是一个简单双向链表的结构图。
它由头结点+结点组成。
相邻结点之间是互通的。
值得注意的是：头结点的prev（上一个）指针指向最后一个结点，最后一个结点的next（下一个）指针指向头结点。
双向链表的结构体
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{LTDataType data;struct ListNode* next;struct ListNode* prev;
}LTNode;它在 单链表具有的 data 和 next基础上，增加了 prev 用来指向上一个结点。
二，双向链表的实现
1）申请空间
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x)
{LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (newnode == NULL){perror("mallloc fail");exit(1);}newnode->data = x;newnode->next = newnode->prev = newnode;return newnode;
}申请的第一个结点肯定为头结点，一个结点也必须保证首尾相连，即头结点的next和prev指向自己而不是NULL
2）初始化
LTNode* LTInit()
{LTNode* phead = LTBuyNode(-1);return phead;
}初始化即创立头结点
3）尾插
由图可知，需改变或添加四个指针，我们可以先定义新结点的相关指针，避免提前改变原链表导致指针丢失
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);newnode->next = phead;newnode->prev = phead->prev;phead->prev->next = newnode;phead->prev = newnode;}4）头插
双向链表的头插是指在头结点后插入结点，不是在头结点之前插入结点（因为这样跟尾插效果一样，本质上为尾插）
跟尾插相似，我们可以先改变newnode相关指针，避免提前修改原链表导致指针丢失或错误。
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;
}5）打印
为了检测代码是否真确，我们可以新建链表，对其进行增删查改并打印检验
打印没必要打印头结点，遍历结束条件为 pcur不为 头结点
void LTPrint(LTNode* phead)
{LTNode* pcur = phead->next;while (pcur != phead){printf("%d->", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("\n");
}例如，我们进行尾插
void Test01()
{LTNode* plist = LTInit();LTPushBack(plist,1);LTPushBack(plist, 2);LTPushBack(plist, 3);LTPushBack(plist, 4);LTPrint(plist);
}int main()
{Test01();return 0;
}
我们进行头插
void Test01()
{LTNode* plist = LTInit();LTPushFront(plist,1);LTPushFront(plist, 2);LTPushFront(plist, 3);LTPushFront(plist, 4);LTPrint(plist);
}int main()
{Test01();return 0;
}
可证明我们前面代码正确 。
6）判空
判断链表是否为空链表即只有头结点
7）尾删
由图可知，需要改变的相关节点为头结点和最后两个结点
其中del（最后一节结点） = phead->prev prev（倒数第二个结点） = del ->prev
void LTPopBack(LTNode* phead)
{assert(phead);assert(!LTEmpty(phead));LTNode* del = phead->prev;LTNode* prev = del->prev;phead->prev = prev;prev->next = phead;free(del);del = NULL;
}检验
void Test01()
{LTNode* plist = LTInit();LTPushFront(plist,1);LTPushFront(plist, 2);LTPushFront(plist, 3);LTPushFront(plist, 4);LTPrint(plist);LTPopBack(plist);LTPrint(plist);
}
8）头删
参照尾删
del = phead->next;
Next = del->next;
void LTPopFront(LTNode* phead)
{assert(phead);assert(!LTEmpty(phead));LTNode* del = phead->next;LTNode* Next = del->next;phead->next = Next;Next->prev = phead;free(del);del = NULL;
}检验
void Test01()
{LTNode* plist = LTInit();LTPushFront(plist,1);LTPushFront(plist, 2);LTPushFront(plist, 3);LTPushFront(plist, 4);LTPrint(plist);LTPopFront(plist);LTPrint(plist);
}
9）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;
}10）在pos位置之后插入数据
与头插尾插类似，不过多说明
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//pos newnode pos->nextnewnode->next = pos->next;newnode->prev = pos;pos->next->prev = newnode;pos->next = newnode;
}11）删除pos结点
与头删尾删类似，不过多说明
void LTErase(LTNode* pos)
{assert(pos);pos->prev->next = pos->next;pos->next->prev = pos->prev;free(pos);pos = NULL;
}12）销毁链表
void LTDesTroy(LTNode** pphead)
{assert(pphead && *pphead);LTNode* pcur = (*pphead)->next;while (pcur != *pphead){LTNode* Next = pcur->next;free(pcur);pcur = Next;}//销毁哨兵位结点free(*pphead);*pphead = NULL;pcur = NULL;
}
void LTDesTroy2(LTNode* phead)
{assert(phead);LTNode* pcur = phead->next;while (pcur != phead){LTNode* Next = pcur->next;free(pcur);pcur = Next;}free(phead);phead = pcur = NULL;
}LTDesTroy2不会改变plist
最后得手动将plist = NULL
三，链表与顺序表的区别
| 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 |