C语言详解双向链表的基本操作

目录

双链表的定义与接口函数

定义双链表

 接口函数

详解接口函数的实现

创建新节点（BuyLTNode）

初始化双链表（ListInit）

双向链表打印（ListPrint）

双链表查找（ListFind）

双链表销毁（ListDestory）

        1、双链表pos位置之前插入（ListInsert）

        2、双链表删除pos位置（ListEarse）

        3、双向链表尾插（ListPushBack）

        4、双向链表头插（ListPushFront）

        5、双链表头删（ListPopFront）

        6、双链表尾删（ListPopBack）

总结

完整代码

链表OJ练习巩固

---

前言：

为了更好地理解本节，建议先阅读： 数据结构 - c语言链表操作

实际中要实现的链表的结构非常多样，以下情况组合起来有多种链表结构：

1.  单向、双向
2.  带头、不带头
3.  循环、非循环

解读： 

带头：

存在一个哨兵位的节点，该节点不存储任何有效数据，属于无效节点，但通过这个无效节点当头节点让我们在某些方面使用会有一些优势。

双向：

指的是节点中不再只有一个指针，而是有两个指针，一个指向前一个节点，另一个指向后一个节点。

循环：

尾指针不再指向NULL，而是指向头节点。 

然而，现实中实用的只有两种：分别是无头单向非循环链表；带头双向循环链表。

• 无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。另外这种结构在笔试面试中出现很多。
• 带头双向循环链表：结构最复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。另外，这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现后会发现结构会带来很多优势。双向链表严格来说只需要快速的实现两个接口，insert 和 earse 头尾的插入和删除就可以搞定了！

双链表的定义与接口函数

定义双链表

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

 接口函数

void ListPrint(LTNode* phead);
//void ListInit(LTNode** pphead);
LTNode* ListInit();
LTNode* BuyLTNode(LTDataType x);
void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void ListPopBack(LTNode* phead);

void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
void ListPopFront(LTNode* phead);
LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x);

// 在pos之前插入
void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//void ListInsert(int i, LTDataType x);

// 删除pos位置的节点
void ListErase(LTNode* pos);
void ListDestory(LTNode* phead);

详解接口函数的实现

 创建新节点（BuyLTNode）

LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	return newnode;
}

初始化双链表（ListInit）

LTNode* ListInit()
{
	LTNode* phead = BuyLTNode(0);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;

	return phead;
}

这里我们使用 BuyLTNode 函数开辟一块空间作为 "哨兵位" pHead ，最后将其进行一个初始化。最后再将 pHead 作为结果返回回去，外面就可以接收到了。这就是返回值的方法，当然这里也可以采用二级指针的方法来完成。

双向链表打印（ListPrint）

void ListPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

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

双链表查找（ListFind）

LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}

		cur = cur->next;
	}

	return NULL;
}

双链表销毁（ListDestory）

void ListDestory(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;
		//ListErase(cur);
		free(cur);
		cur = next;
	}

	free(phead);
	//phead = NULL;
}

1、双链表pos位置之前插入（ListInsert）

void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	/*LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	pos->prev->next = newnode;
	newnode->prev = pos->prev;

	pos->prev = newnode;
	newnode->next = pos;*/

	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	LTNode* posPrev = pos->prev;

	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;
}

非常简单，假设d2是新节点，就是让新节点的两条链接在d3上，然后把d1的两条链接新节点上

2、双链表删除pos位置（ListEarse）

void ListErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);

	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* next = pos->next;

	free(pos);
	pos = NULL;

	prev->next = next;
	next->prev = prev;
}

 假设要删除d2，那么只需要直接把d1的两条链接d3上即可

3、双向链表尾插（ListPushBack）

void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);

	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;

	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;

	
}

4、双向链表头插（ListPushFront）

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

5、双链表头删（ListPopFront）

void ListPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	ListErase(phead->next);
}

6、双链表尾删（ListPopBack）

void ListPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	// 链表为空
	assert(phead->next != phead);

	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailPrev = tail->prev;

	free(tail);
	tail = NULL;

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

	
}

总结：

用ListInsert和ListEarse的复用优化后：

void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	ListInsert(phead, x);
}

void ListPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	// 链表为空
	assert(phead->next != phead);

	ListErase(phead->prev);
}

void ListPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	ListErase(phead->next);
}

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

所以，双向链表严格来说只需要快速地实现 insert 和 earse 这两个接口就可以搞定了。如果以后让你快速实现一个双向链表，你把 "pos位置之前插入" 和 "删除pos位置" 这两个接口写好，头尾的插入和删除直接复用就可以搞定了。

完整代码

List.h

#pragma once

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>

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

void ListPrint(LTNode* phead);
//void ListInit(LTNode** pphead);
LTNode* ListInit();
LTNode* BuyLTNode(LTDataType x);
void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void ListPopBack(LTNode* phead);

void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
void ListPopFront(LTNode* phead);
LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x);

// 在pos之前插入
void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//void ListInsert(int i, LTDataType x);

// 删除pos位置的节点
void ListErase(LTNode* pos);
void ListDestory(LTNode* phead);

List.c

#include"List.h"

LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	return newnode;
}

void ListPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

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

//void ListInit(LTNode** pphead)
//{
//	assert(pphead);
//	*pphead = BuyLTNode(0);
//	(*pphead)->next = *pphead;
//	(*pphead)->prev = *pphead;
//}

LTNode* ListInit()
{
	LTNode* phead = BuyLTNode(0);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;

	return phead;
}

void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	//LTNode* tail = phead->prev;
	//LTNode* newnode = BuyLTNode(x);

	//tail->next = newnode;
	//newnode->prev = tail;

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

	ListInsert(phead, x);
}

void ListPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	// 链表为空
	assert(phead->next != phead);

	/*	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailPrev = tail->prev;

	free(tail);
	tail = NULL;

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

	ListErase(phead->prev);
}

void ListPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	ListErase(phead->next);
}

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

LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}

		cur = cur->next;
	}

	return NULL;
}

void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	/*LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	pos->prev->next = newnode;
	newnode->prev = pos->prev;

	pos->prev = newnode;
	newnode->next = pos;*/

	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	LTNode* posPrev = pos->prev;

	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;
}

// 驼峰法
// 函数和类型所有单词首字母大写
// 变量：第一个单词小写后续单词首字母大写
void ListErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);

	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* next = pos->next;

	free(pos);
	pos = NULL;

	prev->next = next;
	next->prev = prev;
}

void ListDestory(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;
		//ListErase(cur);
		free(cur);
		cur = next;
	}

	free(phead);
	//phead = NULL;
}


------------------------------------------------------------------------------

#include "List.h"
 
ListNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	ListNode* node = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	node->data = x;
	node->next = NULL;
	node->prev = NULL;
 
	return node;
}
 
ListNode* ListCreate()
{
	ListNode* head = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	head->next = head;
	head->prev = head;
	return head;
}
 
void ListPrint(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->next;
	while (cur != pHead)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}
 
void ListDestroy(ListNode* pHead)
{
	ListNode* cur = pHead->next;
	while (cur != pHead)
	{
		ListNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	
	free(pHead);
}
 
void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
 
	//ListNode* newnode = BuyListNode(x);
	 phead         tail   newnode
	//ListNode* tail = pHead->prev;
 
	//tail->next = newnode;
	//newnode->prev = tail;
	//newnode->next = pHead;
	//pHead->prev = newnode;
 
	ListInsert(pHead, x);
}
 
void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
 
	//ListNode* newnode = BuyListNode(x);
	//ListNode* first = pHead->next;
	//pHead->next = newnode;
	//newnode->prev = pHead;
	//newnode->next = first;
	//first->prev = newnode;
 
	/*ListNode* newNode = BuyListNode(x);
	newNode->next = pHead->next;
	pHead->next->prev = newNode;
 
	pHead->next = newNode;
	newNode->prev = pHead;*/
 
	ListInsert(pHead->next, x);
}
 
void ListPopBack(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
 
	//ListNode* tail = pHead->prev;
	//ListNode* tailPrev = tail->prev;
 
	 pHead     tailPrev tail
	//tailPrev->next = pHead;
	//pHead->prev = tailPrev;
	//free(tail);
 
	/*ListNode* tail = pHead->prev;
	pHead->prev = tail->prev;
	tail->prev->next = pHead;
 
	free(tail);*/
 
	ListErase(pHead->prev);
}
 
void ListPopFront(ListNode* pHead)
{
	//...
	ListErase(pHead->next);
}
 
// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	ListNode* prev = pos->prev;
	ListNode* newnode = BuyListNode(x);
 
	// prev newnode pos
	prev->next = newnode;
	newnode->prev = prev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}
 
// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);
 
	ListNode* prev = pos->prev;
	ListNode* next = pos->next;
 
	prev->next = next;
	next->prev = prev;
	free(pos);
}
 

链表OJ练习巩固

138. 复制带随机指针的链表 - 力扣（LeetCode）

 

解题思路：
此题可以分三步进行：
1.拷贝链表的每一个节点，拷贝的节点先链接到被拷贝节点的后面
2.复制随机指针的链接：拷贝节点的随机指针指向被拷贝节点随机指针的下一个位置
3.拆解链表，把拷贝的链表从原链表中拆解出来 

class Solution {
public:
    Node* copyRandomList(Node* head) {
        // 1.拷贝链表，并插入到原节点的后面，如图1
        Node* cur = head;
        while(cur)
        {
            Node* next = cur->next;
 
            Node* copy = (Node*)malloc(sizeof(Node));
            copy->val = cur->val;
 
            // 插入
            cur->next = copy;
            copy->next = next;
 
            // 迭代往下走
            cur = next;
        }
 
        // 2.置拷贝节点的random，如图2
        cur = head;
        while(cur)
        {
            Node* copy = cur->next;
            if(cur->random != NULL)
                copy->random = cur->random->next;
            else
                copy->random = NULL;
 
            cur = copy->next;
        }
 
        // 3.解拷贝节点，链接拷贝节点，如图3
        Node* copyHead = NULL, *copyTail = NULL;
        cur = head;
        while(cur)
        {
            Node* copy = cur->next;
            Node* next = copy->next;
 
            // copy解下来尾插
            if(copyTail == NULL)
            {
                copyHead = copyTail = copy;
            }
            else
            {   
                copyTail->next = copy;
                copyTail = copy;
            }
 
            cur->next = next;
 
            cur = next;
        }
 
        return copyHead;
    }
};
 

图1： 

 图2：

图3： 

链表知识点题库 - 力扣（LeetCode）

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