【数据结构】双链表
【数据结构】双链表
- 一. 前言
- 二. 带头双向链表接口实现
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- 1.准备工作
- 2. 创建一个节点
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- 三. 初始化
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- 4. 打印
- 5. 尾插
- 6. 尾删
- 7. 头插
- 8. 头删
- 9. 计算节点个数
- 10. 查找数据
- 11. 在任意位置插入数据
- 12. 在任意位置删除数据
- 13. 销毁
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- 四. 如何10分钟内完成一个完整双链表
一. 前言
带头双向循环链表：结构最复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。另外这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势，实现反而简单了。
二. 带头双向链表接口实现
1.准备工作
由于实际开发项目中，项目的实现都是采用模块化的方式实现。所以博主在这也采用了模块化的方式。
#pragma once
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
struct ListNode* next;//下一个节点指针
struct ListNode* prev;//上一个节点指针
LTDataType data;//数据域
}LTNode;
为了后续函数功能实现过程中数据类型书写方便性，我们将struct ListNode重命名为LTNode。
同时后续好修改数据域类型，我们将数据域类型int重命名为LTDataType.
2. 创建一个节点
不管是后续插入数据还是初始化，我们都先要创建一个节点来存储数据。
所以我们在这设计了一个相关函数，从而避免大量重复的工作。
代码实现：
LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
newnode->next = NULL;
newnode->prev = NULL;
newnode->data = x;
return newnode;
}
三. 初始化
初始化时，我们支持需要创建一个节点作为哨兵位，并将两个指针同时指向自己即可。
代码实现：
LTNode* LTInit()
{
LTNode* phead = BuyLTNode(0);
phead->next = phead;
phead->prev = phead;
return phead;
}
4. 打印
打印比较简单。但需要注意我们是从哨兵位的下一个节点开始打印。
代码实现：
void LTPrint(LTNode* phead)
{
assert(phead);
LTNode* cur = phead->next;//哨兵位下一个节点
printf("phead<=>");
while (cur != phead)
{
printf("%d<==>", cur->data);
cur = cur->next;
}
printf("\n");
}
5. 尾插
带头双链表的尾插比较简单。
我们通过哨兵位向前访问即可得到尾节点。在插入数据即可。
代码实现：
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
LTNode* tail = phead->prev;//尾节点
LTNode* newnode = BuyLTNode(x);//要插入节点
//插入
tail->next = newnode;
newnode->prev = tail;
newnode->next = phead;
phead->prev = newnode;
}
6. 尾删
【代码思路】：尾删首先要判断是否还有节点可删。若有，找到尾节点以及尾节点的前一个结点。在释放尾节点，并将新的尾节点和哨兵位链接起来即可。
代码实现：
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
assert(phead);
assert(phead != phead->next);//还有节点可删
LTNode* tail = phead->prev;
LTNode* tailPrev = tail->prev;
free(tail);
tailPrev->next = phead;
phead->prev = tailPrev;
}
7. 头插
要实现头插，首先要强调是插到哨兵位的后面。
【代码思路】：直接将哨兵位，哨兵位的下一个节点以及新节点链接起来即可。
代码实现：
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
LTNode* tail = phead->next;
LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
phead->next = newnode;
newnode->prev = phead;
newnode->next = tail;
tail->prev = newnode;
}
8. 头删
【代码思路】：头删和尾删一样，需要是否还有节点可删。若还有元素可删，需要保存哨兵位后面两个节点first、second。再释放掉first后，将哨兵位和second链接起来。
代码实现：
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
assert(phead);
assert(phead != phead->next);
LTNode* first = phead->next;
LTNode* second = first->next;
free(first);
phead->next = second;
second->prev = phead;
}
9. 计算节点个数
【代码思路】：首先保存哨兵位的下一个节点。然后开始向后遍历访问，每次个数加1，直到某节点的下一个节点指向哨兵位为止。
代码实现：
int LTSize(LTNode* phead)
{
LTNode* cur = phead->next;
int count = 0;
while (cur != phead)
{
count++;
cur = cur->next;
}
return count;
}
Tips:
- 可能有部分学者已经注意到或在一些书籍上看到过以下思路：哨兵位的数据域是随机值，是否可以将它用于记录节点个数。每次进行增删查改等操作时，对其进行加1/减1。不仅更加方便得知节点个数，同时还避免该接口的实现。
- 在这里博主不在这建议这样做，又或者说大部分情况是不能这样做的。原因在于：我们在本篇博客中，数据域为整型，可以用于记录节点个数大下。但在实际开发过程中，数据域可能存储的是浮点数或结构体什么的，那上述思路将导致结果错误。
10. 查找数据
【代码思路】：查找数据，从哨兵位的下一个节点开始，遍历查找。找到返回数据地址，否则返回空指针。
代码实现：
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
LTNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
if (cur->data == x)
return cur;
cur = cur->next;
}
return NULL;
}
11. 在任意位置插入数据
【代码思路】：首先需要强调的是，不管是链表还是顺序表，插入数据默认都是前插，在这里也一样。插入数据、插入位置节点、以及前一个结点链接起来即可。
我们直接将
代码实现：
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
LTNode* posPrev = pos->prev;
LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
posPrev->next = newnode;
newnode->prev = posPrev;
newnode->next = pos;
pos->prev = newnode;
}
12. 在任意位置删除数据
【代码思路】：将该位置前一个和后一个节点链接起来后，再将该位置节点释放。
代码实现：
void LTErase(LTNode* pos)
{
assert(pos);
LTNode* posPrev = pos->prev;
LTNode* posNext = pos->next;
free(pos);
posPrev->next = posNext;
posNext->prev = posPrev;
}
13. 销毁
由于上述节点都是动态开辟的，使用往后需要销毁，释放内存。
代码实现：
void LTDestory(LTNode* phead)
{
assert(phead);
LTNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
LTNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
free(phead);
}
四. 如何10分钟内完成一个完整双链表
在实际开发过程中，我们一般实现实现任意位置插入删除接口的。然后在头插/删和尾插/删等接口中，调用上述两个接口，从而快速达到目的。
List.h:
#pragma once
#include List.c:
#include "List.h"
LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)//创建节点
{
LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
newnode->next = NULL;
newnode->prev = NULL;
newnode->data = x;
return newnode;
}
LTNode* LTInit()//初始化
{
LTNode* phead = BuyLTNode(0);
phead->next = phead;
phead->prev = phead;
return phead;
}
void LTPrint(LTNode* phead)//打印
{
assert(phead);
LTNode* cur = phead->next;
printf("phead<=>");
while (cur != phead)
{
printf("%d<==>", cur->data);
cur = cur->next;
}
printf("\n");
}
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)//任意位置插入
{
assert(pos);
LTNode* posPrev = pos->prev;
LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
posPrev->next = newnode;
newnode->prev = posPrev;
newnode->next = pos;
pos->prev = newnode;
}
void LTErase(LTNode* pos)//任意位置删除
{
assert(pos);
LTNode* posPrev = pos->prev;
LTNode* posNext = pos->next;
free(pos);
posPrev->next = posNext;
posNext->prev = posPrev;
}
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)//尾插
{
assert(phead);
LTInsert(phead, x);
}
void LTPopBack(LTNode* phead)//尾删
{
assert(phead);
assert(phead != phead->next);
LTErase(phead->prev);
}
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)//头插
{
assert(phead);
LTInsert(phead->next, x);
}
void LTPopFront(LTNode* phead)//头删
{
assert(phead);
assert(phead != phead->next);
LTErase(phead->next);
}
int LTSize(LTNode* phead)//节点大小
{
LTNode* cur = phead->next;
int count = 0;
while (cur != phead)
{
count++;
cur = cur->next;
}
return count;
}
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)//查找数据
{
assert(phead);
LTNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
if (cur->data == x)
return cur;
cur = cur->next;
}
return NULL;
}
void LTDestory(LTNode* phead)//销毁
{
assert(phead);
LTNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
LTNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
free(phead);
}
