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C语言进阶——数据结构之链表（续）

news 2025/7/13 1:50:47

前言

hello，大家好呀，我是Humble，本篇博客承接之前的C语言进阶——数据结构之链表

的内容（没看过的小伙伴可以从我创建的专栏C语言进阶之数据结构找到那篇文章并阅读后在回来哦~），上次我们重点说了链表中的单链表，即不带头单向不循环链表

还说到了链表的分类虽然有8种，但实际上最常用的还是单链表和双向链表（带头双向循环链表）

所以今天我们就来讲讲双向链表的实现吧~

双向链表的结构

下面是双向链表的一个图示：

双向链表，全称为带头双向循环链表

双向与循环这2个概念很好理解，所以我们下面看一下什么是带头

这个“带头”跟之前我们说的“头节点”是两个概念，

实际前面在说单链表时有称呼并不严谨，但是为了大家更好的理解就直接称为单链表的头节点

带头链表里的头节点，实际为“哨兵位”，哨兵位节点不存储任何有效元素，只是站在这里“放哨的

哨兵位”存在的意义：遍历循环链表避免死循环

对于双向链表的节点，我们这样定义：

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
   LTDataType data;
   struct ListNode* next; //指针保存下一个节点的地址
   struct ListNode* prev; //指针保存前一个节点的地址

}LTNode;

双向链表的实现

下面我们来实现一下双向链表的各个功能

其实当我们掌握了单链表的各个操作后，我们会发现其实双向链表虽然在结构上看着比单链表复杂不少，但在实现上并不难~

我们首先在VS上创建一个List的工程，再分别创建List.h头文件，List.c源文件以及Test.c测试文件，在这之上，我们依次去实现双向链表的各个功能~

初始化 LTInit

首先是初始化，因为双向链表多了一个头节点，即哨兵位，所以我们需要对其初始化~

代码如下：

LTNode* LTInit() //对哨兵位初始化~
{LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (phead == NULL) {perror("malloc fail!");exit(1);}phead->data = -1;phead->next =phead->prev =phead;return phead;}

下面来测试一下~

void ListTest() 
{LTNode* plist = LTInit();}int main() 
{ListTest();return 0;
}

这里我们通过调试来观察一下初始化是否成功：

另外，因为我们后面还要多次用到申请节点空间，所以我们单独封装一个函数LTBuyNode，

这样后面再使用只需要调用它就可以了

LTNode* LTBuyNode(LTDataType x) //申请新节点
{LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (newnode == NULL) {perror("malloc fail!");exit(1);}newnode->data = x;newnode->next = newnode->prev = newnode;return newnode;
}

同时，关于上面初始化的代码我们也可以进行简化：

LTNode* LTInit()
{LTNode* phead = LTBuyNode(-1);return phead;
}

尾插LTPushBack

好，有了这样一个链表，下面我们实现一下尾插LTPushBack

代码如下：

//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x) 
{assert(phead);	//phead不能为空LTNode* newnode = LTBuyNode(x);newnode->next = phead;newnode->prev = phead->prev;phead->prev->next = newnode;phead->prev = newnode;
}

同样，我们在Test.c文件中进行测试

void ListTest() 
{LTNode* plist = LTInit();//尾插LTPushBack(plist, 1);LTPushBack(plist, 2);LTPushBack(plist, 3);LTPushBack(plist, 4);
}int main() 
{ListTest();return 0;
}

调试后，，结果如下：

这样尾插的功能就实现了~

不过，我们后续如果一直用调试的方式去观察未免有些麻烦，所以这里我们也封装一个打印的函数

//打印
void LTPrint(LTNode* phead)
{//phead不能为空assert(phead);LTNode* pcur = phead->next;while (pcur != phead){printf("%d->", pcur->data);pcur = pcur->next;}}

有了打印函数，我们再测试尾插，只要运行代码就可以了

结果如下：

头插LTPushFront

接下来，我们来实现一下头插LTPushFront

关于头插，有一个需要注意的点，头插要插在第一个、有效节点之前，而不是在哨兵位之前

头插代码如下：

//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x) 
{assert(phead);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//phead newnode phead->nextnewnode->next = phead->next;newnode->prev = phead;phead->next->prev = newnode;phead->next = newnode;
}

老规矩，写完后，我们来测试一下：

void ListTest() 
{LTNode* plist = LTInit();//头插LTPushFront(plist, 1);LTPushFront(plist, 2);LTPushFront(plist, 3);LTPushFront(plist, 4);LTPrint(plist);}int main() 
{ListTest();return 0;
}

尾删 LTPopBack

写删除操作时要注意：当链表为空时（只有一个哨兵位节点），要assert断言

代码如下：

void LTPopBack(LTNode* phead)
{assert(phead);//链表为空：只有一个哨兵位节点assert(phead->next != phead);LTNode* del = phead->prev;LTNode* prev = del->prev;prev->next = phead;phead->prev = prev;free(del);del = NULL;}

下面是测试代码以及结果：

void ListTest() 
{LTNode* plist = LTInit();LTPushFront(plist, 1);LTPushFront(plist, 2);LTPushFront(plist, 3);LTPushFront(plist, 4);//尾删LTPopBack(plist);LTPrint(plist);printf("\n");LTPopBack(plist);LTPrint(plist);printf("\n");LTPopBack(plist);LTPrint(plist);}int main() 
{ListTest();return 0;
}

头删LTPopFront

接下来我们来实现头部删除LTPopFront

直接上代码：

//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{assert(phead);assert(phead->next != phead);LTNode* del = phead->next;LTNode* next = del->next;next->prev = phead;phead->next = next;free(del);del = NULL;
}

下面来测试：

void ListTest() 
{LTNode* plist = LTInit();LTPushFront(plist, 1);LTPushFront(plist, 2);LTPushFront(plist, 3);LTPushFront(plist, 4);//头删LTPopFront(plist);LTPrint(plist);printf("\n");LTPopFront(plist);LTPrint(plist);printf("\n");LTPopFront(plist);LTPrint(plist);printf("\n");
}int main() 
{ListTest();return 0;
}

运行结果如下：

查找LTFind

在前面我们已经实现了插入的4种操作，下面我们看一下查找

代码如下：

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

来测试一下吧~

void ListTest() 
{LTNode* plist = LTInit();LTPushFront(plist, 1);LTPushFront(plist, 2);LTPushFront(plist, 3);LTPushFront(plist, 4);LTNode* findRet = LTFind(plist, 3);if (findRet == NULL) printf("未找到！\n");else printf("找到了！\n");
}int main()
{ListTest();return 0;
}

在指定位置之后插入数据LTInsert

插入代码如下：

//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x) 
{assert(pos);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);newnode->next = pos->next;newnode->prev = pos;pos->next->prev = newnode;pos->next = newnode;
}

测试代码如下：

void ListTest()
{LTNode* plist = LTInit();LTPushFront(plist, 1);LTPushFront(plist, 2);LTPushFront(plist, 3);LTPushFront(plist, 4); //4->3->2->1->LTNode* findRet = LTFind(plist, 3);LTInsert(findRet,66); //预期结果为 //4->3->66->2->1->LTPrint(plist);}int main()
{ListTest();return 0;
}

运行结果：

删除pos位置的数据LTErase

删除代码如下：

//删除pos位置的数据
void LTErase(LTNode * pos) 
{assert(pos);pos->next->prev = pos->prev;pos->prev->next = pos->next;}

下面我们来进行测试~

void ListTest()
{LTNode* plist = LTInit();LTPushFront(plist, 1);LTPushFront(plist, 2);LTPushFront(plist, 3);LTPushFront(plist, 4); //4->3->2->1->LTNode* findRet = LTFind(plist, 3);LTErase(findRet);LTPrint(plist); //预期结果为：4->2->1->
}int main()
{ListTest();return 0;
}

链表的销毁LTDestroy

最后我们看一下双向链表的销毁LTDestroy

注意：我们这里的函数要传的是地址，也就是要用到二级指针，因为这里我们直接要对链表的哨兵位做修改，要与前面的代码相区分哦~

销毁的代码如下：

void LTDesTroy(LTNode** pphead) 
{assert(pphead);//哨兵位不能为空assert(*pphead);LTNode* pcur = (*pphead)->next;while (pcur != *pphead){LTNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}//链表中只有一个哨兵位free(*pphead);*pphead = NULL;
}

至于销毁操作的调试，大家可以自行测试，这里就不再赘述了

到此，我们就把双向链表的操作给讲完了

事实上学会了单链表和双向链表的操作，即使将来遇到链表的其他6种类型也可以游刃有余，很快上手并解决问题的，所以建议大家还是要好好掌握单链表和双向链表的操作~