【数据结构】双向链表的增删查改（C 代码实现）

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前言

引入双向链表：关于单链表的问题与讨论

单链表存在的毛病：

1. 因为单链表只能单向遍历链表，

2. 对于前插这个操作，单链表必须得找到所需前插节点位置的前一个，那么这时就得从头指针重新遍历一次链表，会造成时间复杂度大大增加。

3. 没有头节点（哨兵位）无法删除首节点

这些都大大提高了时间复杂度 [ 关于算法的时间复杂度与空间复杂度 这一专题，我在之前写的一篇专题中有详细的讲解，有需要的可以点击链接了解一下 算法的时间复杂度与空间复杂度 ]

【注意：不要下意识觉得链表就一定有哨兵位，可以有，也可以没有！】

正是因为单链表只能 单向遍历 这一特性所带来各种的麻烦，前人设计出了双向链表。

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一、双向链表的特性简概

• 特性：
  1. 双向
  2. 循环

正是因为有这两个特性，促成了双向链表很多优势：

1. 不需要像单链表那样从 头节点 完整遍历一边链表，才能找到尾节点。
   双向链表：直接 phead->prev 找到尾节点（双向、循环 的特性）。
2. 且找到需要处理的节点，还需要从头节点再遍历一次链表，只为找到该节点的前一个节点，才能对该节点进行处理。
   双向链表：pos->prev 前一节点
   
   

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双向链表 逻辑样例图

代码实现

//类型声明 
typedef int LTDataType;      //数据类型重命名
typedef struct ListNode      //结构体类型声明
{                            //两头的指针变量 储存双向两旁结构体的地址
	struct ListNode* prev;   //保存前一个节点的指针
	LTDataType data;
	struct ListNode* next;   //保存后一个节点的指针
}ListNode;

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二、双链表的增删查改【C 代码实现】

（一）创建文件

1. List.h （双向链表双向链表的类型定义、接口函数声明、引用的头文件)
2. List.c （双向链表接口函数的实现）
3. test.c （主函数、测试顺序表各个接口功能）

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(二)List.h

1. 头文件声明

#pragma once  //防止头文件重复包含

//头文件
#include 
#include
#include

2. 双向结构体类型声明

//类型声明 
typedef int LTDataType;      //数据类型重命名
typedef struct ListNode      //结构体类型声明
{   
	struct ListNode* prev;   //两头的指针变量 储存双向两旁结构体的地址
	LTDataType data;
	struct ListNode* next;

}ListNode;

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（三）List.c

1.创建返回双向链表的头结点.

图解
phead 的含义 = pointer to head

// 创建返回链表的头结点.
ListNode* ListCreate() {
	ListNode* phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));  
    //结构体指针phead 存的是malloc为新结构体开辟内存后 的返回的该新节点的指针 
	assert(malloc);
	return phead; //phead传的是phead指针的内容=head地址 =>返回结构体地址 
}

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2. 双向链表的初始化

// 双向链表的初始化
void ListInit(ListNode* phead) {       //也用phead接受传过来的head的地址
	assert(phead);

	phead->prev = phead->next;
	phead->data = 0;                  //加深对指针的理解
	phead->next = phead->prev;    //直接用head【记住：1. **名 直接用的是内容** 明白这点 对于指针的理解就轻松很多】
		                          //2. -> 只能对指针使用 且不支持二级指针解引用*后得到一级指针的形式
	                              // （如：ListNode** pphead  **pphead->data (x)好像不行 去试一下 ） 
	                               【关于指针注意的点的讲解】
}

【关于指针注意的点的讲解】 ：加深对指针的理解

1. 直接用head => 名 直接用的是内容 明白这点 对于指针的理解就轻松很多
2. -> 只能对指针使用 且不支持二级指针解引用后得到一级指针的形式
   （如：ListNode* pphead
   **pphead->data (x) 好像不行 去试一下 ）

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3.创建返回新节点

// 创建返回新节点
ListNode* BuynewNode(x) {
	ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	newNode->data = x;
	return newNode;

}

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4.双向链表尾插

// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* phead,LTDataType x) {
	ListNode* newNode = BuynewNode(x);             //1M的空间可创建出一千多万个指针变量
	
	ListNode* tail = phead->prev;                  //多创建指针变量 自己也标的看的清楚 增加代码的可读性
	
	tail->next = newNode;
	newNode->prev = tail;

	newNode->next = phead;
	phead->prev = newNode;

}

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5.双向链表头插

// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x) { 
	ListNode* newNode = BuynewNode(x);

	ListNode* first = phead->next;        //第一个节点

	newNode->next = first;
	first->prev = newNode;

	phead->next = newNode;
	newNode->prev = phead;
}

6.双向链表尾删

// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* phead) {
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);        //确保链表不为空，有东西可删，及时报错

	ListNode* tailPrev = phead->prev->prev;
	ListNode* tail = phead->prev;
	free(tail);
	tail = NULL;

	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;

}

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7.双向链表头删

// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* phead) {
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);    

	ListNode* newNext = phead->next->next;
	ListNode* Next = phead->next;          //新建指针变量 保存好要free掉的节点的地址
	free(Next);                            //就不用怕后续改变各节点之间的指针关系时把该节点的地址弄丢了
	Next = NULL;

	phead->next = newNext;
	newNext->prev = phead;
}

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8.双向链表查找

// 双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x) {
	ListNode* Head = phead->next;         //设置两个指针变量，一个从头开始遍历，一个从后遍历
	ListNode* Back = phead->prev;

	while (Head!=Back) {
		if (Head->data = x)
			return Head;
		else if (Back->data = x)
			return Back;
		Head = Head->next;
		Back = Back->prev;
	}
	return NULL;
}

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9.双向链表在pos的前面进行插入

// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x) {
	ListNode* posPrev = pos->prev;
	
	ListNode* newNode = BuynewNode(x);

	posPrev->next = newNode;
	newNode->prev = posPrev;

	newNode->next = pos;
	pos->prev = newNode;
}

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★10. 双向链表删除pos位置的节点

// 双向链表删除pos位置的节点                 //若传过来的pos=phead->next  =>作头删作用
void ListErase(ListNode* pos) { 
	ListNode* posPrev = pos->prev;        //若传过来的pos=phead（由于双向链表具有循环的特性） =>作尾删作用
	ListNode* posNext = pos->next;
	                                      //也正是由于双向链表具有循环的特性，即使链表中只有一个节点也能很好的运行
	posPrev->next = posNext;              //图解
	posNext->prev = posPrev;

	free(pos);
	pos = NULL;
}

Erase函数以后 头删和尾删也可以这样写

10.1 双向链表尾删【ListErase版本】

void ListPopBack(ListNode* phead) {

	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);     //确保链表不为空，有东西可删，及时报错

	ListErase(phead);
	}

10.2 双向链表头删【ListErase版本】

// 双向链表头删【ListErase版本】
void ListPopFront(ListNode* phead) {
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);     //确保链表不为空，有东西可删，及时报错

	ListErase(phead->next);
}

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11.双向链表打印

11.1 递归实现

// 双向链表打印  递归实现
void ListPrint(ListNode* phead) {
	assert(phead);
    ListNode* cur = phead->next;
	while (cur!=phead) {
	printf("%d <=>", cur->data);
	cur = cur->next;
	ListPrint(cur);
	}

	printf("\n");
}

11.2 非递归实现

// 双向链表打印  非递归实现
void ListPrint(ListNode* phead) {
	assert(phead);
	ListNode* cur = phead->next;

	while (cur!=phead) {
	cur = phead->next;
	printf("%d <=>", cur->data);
	}
}

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12. 双向链表销毁

// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* phead) {
	ListNode* cur = phead->next;
	while (cur!=phead) {
	ListNode* curNext = cur->next;
	free(cur);
	cur = curNext;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
	
}

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三、完整代码

码源 我已上传至gitee 有需要的可点击后方链接 双向链表的增删查改 码源

1.List.h

#pragma once         //防止头文件重复包含

#include    //头文件
#include
#include


// 带头+双向+循环链表增删查改实现

//类型声明 
typedef int LTDataType;      //数据类型重命名
typedef struct ListNode      //结构体类型声明
{
	struct ListNode* prev;   //两头的指针变量 储存双向两旁结构体的地址
	LTDataType data;
	struct ListNode* next;

}ListNode;

// 创建返回双向链表的头结点.
ListNode* ListCreate();

// 双向链表的初始化
void ListInit(ListNode* phead);

// 创建返回新节点
ListNode* BuynewNode(LTDataType x);

// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x);

// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x);

// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* phead);

// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* phead);

// 双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x);

// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x);

// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos);

// 双向链表打印
void ListPrint(ListNode* phead);

// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* phead);

2.List.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"List.h"


// 创建返回链表的头结点.
ListNode* ListCreate() {
	ListNode* phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));  //结构体指针phead 存的是malloc为新结构体开辟内存后 的返回的该新节点的指针 
	assert(malloc);
	return phead; //phead传的是phead指针的内容=head地址 =>返回结构体地址 
}


// 双向链表的初始化
void ListInit(ListNode* phead) {            //也用phead接受传过来的head的地址
	assert(phead);

	phead->prev = phead->next;
	phead->data = 0;                                             //加深对指针的理解
	phead->next = phead->prev;                                   //直接用head【记住：1. 名 直接用的是内容 明白这点 对于指针的理解就轻松很多】
		                               //2. -> 只能对指针使用 且不支持二级指针解引用*后得到一级指针的形式
	                                   // （如：ListNode** pphead  **pphead->data (x)好像不行 去试一下 ） 【关于指针注意的点的讲解】
}


// 创建返回新节点
ListNode* BuynewNode(x) {
	ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	newNode->data = x;
	return newNode;

}


// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* phead,LTDataType x) {
	ListNode* newNode = BuynewNode(x);             //1M的空间可创建出一千多万个指针变量
	
	ListNode* tail = phead->prev;                  //多创建指针变量 自己也标的看的清楚 增加代码的可读性
	
	tail->next = newNode;
	newNode->prev = tail;

	newNode->next = phead;
	phead->prev = newNode;

}


// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x) { 
	ListNode* newNode = BuynewNode(x);

	ListNode* first = phead->next;        //第一个节点

	newNode->next = first;
	first->prev = newNode;

	phead->next = newNode;
	newNode->prev = phead;
}


// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* phead) {
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);        //确保链表不为空，有东西可删，及时报错

	ListNode* tailPrev = phead->prev->prev;
	ListNode* tail = phead->prev;
	free(tail);
	tail = NULL;

	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;

}


// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* phead) {
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);    

	ListNode* newNext = phead->next->next;
	ListNode* Next = phead->next;           //新建指针变量 保存好要free掉的节点的地址
	free(Next);                             //就不用怕后续改变各节点之间的指针关系时把该节点的地址弄丢了
	Next = NULL;

	phead->next = newNext;
	newNext->prev = phead;
}



// 双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x) {
	ListNode* Head = phead->next;                       //设置两个指针变量，一个从头开始遍历，一个从后遍历
	ListNode* Back = phead->prev;

	while (Head!=Back) {
		if (Head->data = x)
			return Head;
		else if (Back->data = x)
			return Back;
		Head = Head->next;
		Back = Back->prev;
	}
	return NULL;
}



// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x) {
	ListNode* posPrev = pos->prev;
	
	ListNode* newNode = BuynewNode(x);

	posPrev->next = newNode;
	newNode->prev = posPrev;

	newNode->next = pos;
	pos->prev = newNode;
}



// 双向链表删除pos位置的节点                 //若传过来的pos=phead->next  =>作头删作用
void ListErase(ListNode* pos) { 
	ListNode* posPrev = pos->prev;        //若传过来的pos=phead（由于双向链表具有循环的特性） =>作尾删作用
	ListNode* posNext = pos->next;
	                                      //也正是由于双向链表具有循环的特性，即使链表中只有一个节点也能很好的运行
	posPrev->next = posNext;              //图解
	posNext->prev = posPrev;

	free(pos);
	pos = NULL;
}



//Erase函数以后 头删和尾删也可以这样写

// 双向链表尾删【ListErase版本】
void ListPopBack(ListNode* phead) {
	//assert(phead);
	//assert(phead->next != phead);

	//ListNode* tailPrev = phead->prev->prev;
	//ListNode* tail = phead->prev;
	//free(tail);
	//tail = NULL;

	//tailPrev->next = phead;
	//phead->prev = tailPrev;

	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);     //确保链表不为空，有东西可删，及时报错

	ListErase(phead);
}


// 双向链表头删【ListErase版本】
void ListPopFront(ListNode* phead) {
	//assert(phead);
	//assert(phead->next != phead);

	//ListNode* newNext = phead->next->next;
	//ListNode* Next = phead->next;
	//free(Next);                             
	//Next = NULL;

	//phead->next = newNext;
	//newNext->prev = phead;

	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);     //确保链表不为空，有东西可删，及时报错

	ListErase(phead->next);
}



// 双向链表打印  递归实现
void ListPrint(ListNode* phead) {
	assert(phead);
    ListNode* cur = phead->next;
	while (cur!=phead) {
	printf("%d <=>", cur->data);
	cur = cur->next;
	ListPrint(cur);
	}

	printf("\n");
}


// 双向链表打印  非递归实现
void ListPrint(ListNode* phead) {
	assert(phead);
	ListNode* cur = phead->next;

	while (cur!=phead) {
	cur = phead->next;
	printf("%d <=>", cur->data);
	}
}



// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* phead) {
	ListNode* cur = phead->next;
	while (cur!=phead) {
	ListNode* curNext = cur->next;
	free(cur);
	cur = curNext;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
	
}

3.test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"List.h"

//测试ListPushBack 、ListPrint 的功能
void test1() {
	ListNode* phead = ListCreate();  //返回head的地址
	
	ListInit(phead);

	ListPushBack(phead,1);   //测试ListPushBack
	ListPushBack(phead, 2);
	ListPushBack(phead, 3);

	ListPrint(phead);   //测试ListPrint
	
}



void test2() {
	ListNode* phead = ListCreate();    //返回head的地址

	ListInit(phead);

	ListPushBack(phead, 1);
	ListPushBack(phead, 2);
	ListPushBack(phead, 3);
	ListPushBack(phead, 4);
	ListPushBack(phead, 5);
	ListPushBack(phead, 6);

	ListPrint(phead);

	ListNode* pos = ListFind(phead,3);    //测试ListFind
	ListErase(pos);     //测试ListErase
	ListPopFront(phead);   //测试ListPopFront
	ListPopBack(phead);   //测试ListPopBack

	ListPrint(phead);

	pos = ListFind(phead, 2);
	ListInsert(pos,8);

	ListPrint(phead);
}



//测试ListDestory
void test3() {
	ListNode* phead = ListCreate();    //返回head的地址

	ListInit(phead);

	ListPushBack(phead, 1);
	ListPushBack(phead, 2);
	ListPushBack(phead, 3);
	ListPushBack(phead, 4);
	ListPushBack(phead, 5);
	ListPushBack(phead, 6);

	ListPrint(phead);

	ListNode* pos = ListFind(phead, 3); 
	ListErase(pos);     
	ListPopFront(phead);   
	ListPopBack(phead);   

	ListPrint(phead);

	pos = ListFind(phead, 2);
	ListInsert(pos, 8);

	ListPrint(phead);

	ListDestory(phead);
}

int main() {
	test1();//测试ListPushBack 、ListPrint
	test2();//测试
	test3();//测试ListDestory
}```