2.11双向链表及其创建(C语言)

目前我们所学到的链表,无论是动态链表还是静态链表,表中各节点中都只包含一个指针(游标),且都统一指向直接后继节点,通常称这类链表为单向链表(或单链表)。

虽然使用单链表能 100% 解决逻辑关系为 "一对一" 数据的存储问题,但在解决某些特殊问题时,单链表并不是效率最优的存储结构。比如说,如果算法中需要大量地找某指定结点的前趋结点,使用单链表无疑是灾难性的,因为单链表更适合 "从前往后" 找,而 "从后往前" 找并不是它的强项。

为了能够高效率解决类似的问题,本节来学习双向链表(简称双链表)。

从名字上理解双向链表,即链表是 "双向" 的,如图 1 所示:


双向链表结构示意图
图 1 双向链表结构示意图

双向,指的是各节点之间的逻辑关系是双向的,但通常头指针只设置一个,除非实际情况需要。

从图 1 中可以看到,双向链表中各节点包含以下 3 部分信息(如图 2 所示):

  1. 指针域:用于指向当前节点的直接前驱节点;
  2. 数据域:用于存储数据元素。
  3. 指针域:用于指向当前节点的直接后继节点;


双向链表的节点构成
图 2 双向链表的节点构成


因此,双链表的节点结构用 C 语言实现为:

 
  1. typedef struct line{
  2. struct line * prior; //指向直接前趋
  3. int data;
  4. struct line * next; //指向直接后继
  5. }line;

双向链表的创建

同单链表相比,双链表仅是各节点多了一个用于指向直接前驱的指针域。因此,我们可以在单链表的基础轻松实现对双链表的创建。

需要注意的是,与单链表不同,双链表创建过程中,每创建一个新节点,都要与其前驱节点建立两次联系,分别是:

  • 将新节点的 prior 指针指向直接前驱节点;
  • 将直接前驱节点的 next 指针指向新节点;


这里给出创建双向链表的 C 语言实现代码:

 
  1. line* initLine(line * head){
  2. head=(line*)malloc(sizeof(line));//创建链表第一个结点(首元结点)
  3. head->prior=NULL;
  4. head->next=NULL;
  5. head->data=1;
  6. line * list=head;
  7. for (int i=2; i<=3; i++) {
  8. //创建并初始化一个新结点
  9. line * body=(line*)malloc(sizeof(line));
  10. body->prior=NULL;
  11. body->next=NULL;
  12. body->data=i;
  13.  
  14. list->next=body;//直接前趋结点的next指针指向新结点
  15. body->prior=list;//新结点指向直接前趋结点
  16. list=list->next;
  17. }
  18. return head;
  19. }


我们可以尝试着在 main 函数中输出创建的双链表,C 语言代码如下:

 
  1. #include
  2. #include
  3. //节点结构
  4. typedef struct line{
  5. struct line * prior;
  6. int data;
  7. struct line * next;
  8. }line;
  9. //双链表的创建函数
  10. line* initLine(line * head);
  11. //输出双链表的函数
  12. void display(line * head);
  13.  
  14. int main() {
  15. //创建一个头指针
  16. line * head=NULL;
  17. //调用链表创建函数
  18. head=initLine(head);
  19. //输出创建好的链表
  20. display(head);
  21. //显示双链表的优点
  22. printf("链表中第 4 个节点的直接前驱是:%d",head->next->next->next->prior->data);
  23. return 0;
  24. }
  25. line* initLine(line * head){
  26. //创建一个首元节点,链表的头指针为head
  27. head=(line*)malloc(sizeof(line));
  28. //对节点进行初始化
  29. head->prior=NULL;
  30. head->next=NULL;
  31. head->data=1;
  32. //声明一个指向首元节点的指针,方便后期向链表中添加新创建的节点
  33. line * list=head;
  34. for (int i=2; i<=5; i++) {
  35. //创建新的节点并初始化
  36. line * body=(line*)malloc(sizeof(line));
  37. body->prior=NULL;
  38. body->next=NULL;
  39. body->data=i;
  40.  
  41. //新节点与链表最后一个节点建立关系
  42. list->next=body;
  43. body->prior=list;
  44. //list永远指向链表中最后一个节点
  45. list=list->next;
  46. }
  47. //返回新创建的链表
  48. return head;
  49. }
  50. void display(line * head){
  51. line * temp=head;
  52. while (temp) {
  53. //如果该节点无后继节点,说明此节点是链表的最后一个节点
  54. if (temp->next==NULL) {
  55. printf("%d\n",temp->data);
  56. }else{
  57. printf("%d <-> ",temp->data);
  58. }
  59. temp=temp->next;
  60. }
  61. }

程序运行结果:

1 <-> 2 <-> 3 <-> 4 <-> 5
链表中第 4 个节点的直接前驱是:3

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