【数据结构与算法】之双向链表的创建/遍历/插入/删除/查找的算法实现

双向链表简介

• 双向链表是数据结构中重要的结构，也是线性结构中常用的数据结构，双向指针，方便用户从首结点开始沿指针链向后依次遍历每一个结点，结点的前驱和后继查找方便。
• 其实双向链表和单向链表也是有很多相似的地方的，每个节点都包含两个指针，一个指针指向上一个节点，一个指针指向下一个节点。
• 两个特殊的地方，第一就是头节点的一个指针指向NULL空指针（没有前驱节点），第二就是尾节点的一个指针指向NULL指针（没有后继节点）。

双向链表的创建

一、创建实现

• 定义ElemType和链表结构体

// ElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int
typedef int ElemType;

// 定义结点
typedef struct Node{
    ElemType data;
    struct Node *prior;  // 前驱 
    struct Node *next;   // 后继
}Node;

typedef struct Node * LinkList;

• 创建双向链接：和单向链表很相似，但就是每创建一个节点的时候都要注意初始化它的两个指针。

// 创建双向链接
void createLinkList(LinkList *L) {
    
    // *L 指向头结点
    *L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
    if (*L == NULL) return ERROR;
    
    (*L)->prior = NULL;
    (*L)->next = NULL;
    (*L)->data = -1;
    
    // 新增数据
    LinkList p = *L;
    for(int i = 0; i < 10; i++){
        
        // 创建1个临时的结点
        LinkList temp = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
        temp->prior = NULL;
        temp->next = NULL;
        temp->data = i;
        
        // 为新增的结点建立双向链表关系
        // ① temp 是p的后继
        p->next = temp;
        // ② temp 的前驱是p
        temp->prior = p;
        // ③ p 要记录最后的结点的位置,方便下一次插入
        p = p->next;
    }
}

二、遍历打印

• 获得双向链表的信息，这里和单向链表基本一致，因为遍历的时候只用到了一个指针。

void display(LinkList L){
    
    LinkList temp = L->next;
    
    if(temp == NULL){
        printf("打印的双向链表为空!\n");
        return;
    }
    
    while (temp) {
        printf("%d  ",temp->data);
        temp = temp->next;
    }
    printf("\n");
    
}

双向链表的插入

思路解析

单向链表在插入节点的时候不需要判断最后一个节点是否为空，因为不影响程序的结果。但是对于双向链表就不一样了，因为后面要用到最后一个节点的一个指针指向前一个节点，如果最后一个节点是空的话（就是程序中的pt），就不存在pt->pPre了,那么程序运行到这里时就会报错，所以要加判断，判断此时节点是NULL的话就不需要控制它的指针了。

插入实现

// 双向链表插入元素
void ListInsert(LinkList *L, int i, ElemType data){
    
    // 插入的位置不合法 为0或者为负数
    if(i < 1) return;
    
    // 新建结点
    LinkList temp = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
    temp->data = data;
    temp->prior = NULL;
    temp->next = NULL;
    
    // 将p指向头结点
    LinkList p = *L;
    
    // 找到插入位置i直接的结点
    for(int j = 1; j < i && p;j++)
        p = p->next;
    
    // 如果插入的位置超过链表本身的长度
    if(p == NULL){
        return;
    }
    
    // 判断插入位置是否为链表尾部;
    if (p->next == NULL) {
        p->next = temp;
        temp->prior = p;
    } else {
        // 将p->next 结点的前驱prior = temp
        p->next->prior = temp;
        // 将temp->next 指向原来的p->next
        temp->next = p->next;
        // p->next 更新成新创建的temp
        p->next = temp;
        // 新创建的temp前驱 = p
        temp->prior = p;
    }
}

双向链表的删除

• 删除双向链表指定位置上的结点

// 删除双向链表指定位置上的结点
void ListDelete(LinkList *L, int i, ElemType *e){
    
    int k = 1;
    LinkList p = (*L);
    
    // 判断双向链表是否为空,如果为空则返回ERROR;
    if (*L == NULL) {
        return;
    }
    // 将指针p移动到删除元素位置前一个
    while (k < i && p != NULL) {
        p = p->next;
        k++;
    }
    
    // 如果k>i 或者 p == NULL 则return
    if (k>i || p == NULL) {
        return;
    }
    
    // 创建临时指针delTemp 指向要删除的结点,并将要删除的结点的data 赋值给*e,带回到main函数
    LinkList delTemp = p->next;
    *e = delTemp->data;
    
    // p->next 等于要删除的结点的下一个结点
    p->next = delTemp->next;
    
    // 如果删除结点的下一个结点不为空,则将将要删除的下一个结点的前驱指针赋值p;
    if (delTemp->next != NULL) {
        delTemp->next->prior = p;
    }
    
    // 删除delTemp结点
    free(delTemp);
}

• 删除双向链表指定的元素

// 删除双向链表指定的元素
Status LinkListDeletVAL(LinkList *L, int data){
    
    LinkList p = *L;
    
    // 遍历双向循环链表
    while (p) {
        // 判断当前结点的数据域和data是否相等,若相等则删除该结点
        if (p->data == data) {
            // 修改被删除结点的前驱结点的后继指针
            p->prior->next = p->next;
            // 修改被删除结点的后继结点的前驱指针
            if(p->next != NULL){
                p->next->prior = p->prior;
            }
            // 释放被删除结点p
            free(p);
            // 退出循环
            break;
        }
        
        // 没有找到该结点,则继续移动指针p
        p = p->next;
    }
}

双向链表的查找

• 在双向链表中查找元素

// 在双向链表中查找元素
int selectElem(LinkList L,ElemType elem) {
    LinkList p = L->next;
    int i = 1;
    while (p) {
        if (p->data == elem) {
            return i;
        }
        i++;
        p = p->next;
    }
    return  -1;
}

• 在双向链表中更新结点

// 在双向链表中更新结点
void replaceLinkList(LinkList *L,int index,ElemType newElem){
    LinkList p = (*L)->next;
    for (int i = 1; i < index; i++) {
        p = p->next;
    }
    p->data = newElem;
}

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