【数据结构】双向链表实现

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悟已往之不谏知来者之可追

C++程序员，2024届电子信息研究生

一、什么是双向链表

二、双向链表的实现

一、什么是双向链表

双向链表也叫双链表，是链表的一种，它的每个数据节点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。一般我们都构造双向循环链表。

二、双向链表的实现

List.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
typedef int LTDataType;

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

LTNode* LTInit();
void LTDestory(LTNode* phead);
void LTPrint(LTNode* phead);
bool LTEmpty(LTNode * phead);
void LTPushBack(LTNode* phead,LTDataType x);
void LTPopBack(LTNode * phead);

void LTPushFront(LTNode *phead,LTDataType x);
void LTPopFront(LTNode* phead);

void LTInsert(LTNode* pos,LTDataType x);
void LTErase(LTNode* pos);
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);

List.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "List.h"
LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("fail:malloc");
		exit(-1);
	}
	node->next = NULL;
	node->prev = NULL;
	node->data = x;
	return node;
}

LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = BuyListNode(-1);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return phead->next == phead;
}

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


void LTPushBack(LTNode* phead,LTDataType x)
{	
	assert(phead);
	LTInsert(phead,x);
}

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTErase(phead->prev);
}

void LTPushFront(LTNode* phead,LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTInsert(phead->next,x);
}

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTErase(phead->next);
}

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;
}

//在Pos前一个位置添加节点
void LTInsert(LTNode* pos,LTDataType x)
{
	assert(pos);
	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	prev->next = newnode;
	newnode->prev = prev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	LTNode* p = pos->prev;
	LTNode* n = pos->next;
	p->next = n;
	n->prev = p;
	free(pos);
	pos = NULL;
}

思路:

BuyListNode函数

BuyListNode的实现,我们在实现头插尾插时,为了更加遍历的实现功能，我们创建了BuyListNode函数，malloc一块新的空间，并且对其进行初始化，返回其类型

LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("fail:malloc");
		exit(-1);
	}
	node->next = NULL;
	node->prev = NULL;
	node->data = x;
	return node;
}

LTInit函数

在实现该链表前，我们对其进行初始化，对其哨兵位的头节点，进行循环指向

哨兵位头节点的出现，使得链表添加与删除效率大大提高

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

LTInsert和LTErase函数

LTInsert函数的实现:

我们找到pos的前一个节点位置，进行操作，首先我们找到pos的前一个位置，保存该节点，创建新的节点，将pos前一个位置的节点next指向新节点，新节点的prev指向pos前一个位置，新节点的next指向pos，pos的前一个位置指向新节点

LTErase函数的实现：

删除pos位置的节点，先暴力检查是否为空，其中只有哨兵位的头节点，如果只有头节点则直接报错，保存pos位置节点的前一个节点和后一个节点，让pos的prev和next分别指向前一个位置和后一个位置的节点

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

void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	LTNode* p = pos->prev;
	LTNode* n = pos->next;
	p->next = n;
	n->prev = p;
	free(pos);
	pos = NULL;
}

LTPushBack与LTPopBack函数

尾插与尾删功能，我们先对其进行暴力检查，通过LTInsert和LTErase函数进行实现该功能

void LTPushBack(LTNode* phead,LTDataType x)
{	
	assert(phead);
	LTInsert(phead,x);
}

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTErase(phead->prev);
}

LTPushFront和LTPopFront函数

头插与头删功能，我们先对其进行暴力检查，通过LTInsert和LTErase函数进行实现该功能


void LTPushFront(LTNode* phead,LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTInsert(phead->next,x);
}

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTErase(phead->next);
}

LTDestory和LTPrint函数的实现

LTPrint: 当我们功能实现时，LTPrint函数可在控制台进行打印和输出，优先找到哨兵位头节点的下一位，我们对其进行循环，当循环节点等于哨兵位时，停止循环

LTDestory:当我们退出链表时，对其进行销毁

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

ListTest.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "List.h"
void ListTest()
{
	LTNode* phead = LTInit();
	LTPushBack(phead, 1);
	LTPushBack(phead, 2);
	LTPushBack(phead, 3);
	LTPrint(phead);
	LTPopBack(phead);
	LTPrint(phead);
	LTPushFront(phead,10);
	LTPrint(phead);
	LTPopFront(phead);
	LTPrint(phead);
}

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