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：

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；

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