数据结构——双向链表

今日一言：“如果不想做点事情，就不要想到达这个世界上的任何地方。”

前言

前面了解了单链表，但是单链表用起来总感觉有些麻烦，尤其是尾插、尾删操作的时候，要遍历一整个链表才能实现。今天我们介绍一种结构，完美避免了单链表的缺陷，它就是双向链表。

一、链表的种类

线性表分为顺序存储结构、链式存储结构，顺序存储结构对应的是[[顺序表]]，链式存储结构则为链表。根据单向或双向、循环或非循环、带头或非带头这三个方面不同，链表又可分为八种：不带头单向不循环、不带头单向循环、不带头双向不循环、不带头双向循环、带头单向不循环、带头单向循环、带头双向不循环、带头双向循环。

之前我们介绍了结构最最简单的单链表（不带头单向不循环链表），今天我们介绍结构最最复杂的双向链表（带头双向循环链表）。

二、什么是双向链表❓

1. 双向：一个节点有两个指针，一个指向下一个节点，一个指向上一个节点。
2. 带头：有一个哨兵位的节点，里面不存储有效数据，一个指针指向链表的第一个节点，另一个指针指向链表的最后一个节点。
3. 循环：链表的最后一个节点指向第一个节点，第一个节点也指向最后一个节点。
   注意：循环和带环并不一样！带环是指链表后面的节点指向中间的某个节点。循环必须是尾节点指向头节点。

三、双向链表⭐️

下面我们来看看双向链表的实现代码：

1️⃣3.1 头文件 List.h

#include
#include
#include
#include

#define LTDataType int

typedef struct List
{
	LTDataType data;
	struct List* next;
	struct List* prev;
}LTNode;

LTNode* LTInit();

void LTDestory(LTNode* phead);

void LTPrint(LTNode* phead);

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);

void LTPopBack(LTNode* phead);

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);

void LTPopFront(LTNode* phead);

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);

void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);//在pos前插入

void LTErase(LTNode* pos);//删除pos位置

2️⃣3.2 函数实现 List.c

#include"List.h"

LTNode* BuyNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (NULL == newnode)
	{
		perror("malloc fail\n");
		return NULL;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}


LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = BuyNode(-1);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}

void LTPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("NULL\n");

}

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyNode(x);
	LTNode* tail = phead->prev;
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return phead->prev == phead;
}

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailprev = tail->prev;
	free(tail);
	tailprev->next = phead;
	phead->prev = tailprev;
}

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyNode(x);
	LTNode* first = phead->next;
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
	newnode->next = first;
	first->prev = newnode;
}

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* firstnext = first->next;
	free(first);
	phead->next = firstnext;
	firstnext->prev = phead;
}


LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}


void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	LTNode* newnode = BuyNode(x);
	LTNode* prev = pos->prev;
	prev->next = newnode;
	newnode->prev = prev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	assert(!LTEmpty(pos));
	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* next = pos->next;
	prev->next = next;
	next->prev = prev;
	free(pos);
}

3️⃣3.3 测试文件 Test.c

#include"List.h"

void Test1()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPrint(plist);
	LTNode* pos = LTFind(plist,2);
	LTInsert(pos, 0);
	LTPrint(plist);
	LTErase(pos);
	LTPrint(plist);
}

int main()
{
	Test1();
	return 0;
}

注意：如果删除哨兵位的头节点，会出错，但是C语言不太好解决这个问题，我们没必要加入一个参数去防止这种情况，以后在C++就没有这种问题了。