C语言双向链表的原理与使用操作

2022-11-13 08:11:07 原理链表双向

一.引入

我们在单链表中，有了next指针，这个指针是用来指向下一个节点的，如果我们需要查找下一个结点的时间复杂度为o(1),如果我们需要查找上一个节点的时候，那么时间复杂度就变为o(n)了，需要从头进行遍历一遍；这时我们就会想：如果可以向前查找就方便了许多，因此我们引入了双向链表。

二.双向链表的定义

双向链表：是在单链表的每个节点中，再设置一个指向前驱结点的指针域。

顾名思义就是链表由单向的变成了双向的，每一个节点由原来的一个指针变为两个指针，一个用来指向直接后继，另一个用来指向直接前驱。

三.双向链表与单链表对比

通过对比可以更好认识二者的联系与区别。

3.1图示对比

单链表：

双向链表：

3.2代码对比

单链表代码如下：

typedef struct node{ //定义单链表结点类型
	int data; //数据域，可以是别的各种数据类型
	struct Node *next; //指针域
}LNode, *LinkList;

双向链表代码如下：

typedef struct DulNode{
	int data;			// 	数据域
	struct DulNode *prior;		//  向前的指针
	struct DulNode *next;		//  向后的指针
}DulNode,*DuLinkList;

四.双向链表的操作

双向链表是单链表中扩展出来的结构，所以有很多的操作是和单链表相同的，如求长度，查找元素，获取一个元素，这里我们对双向链表进行创建，插入，删除，销毁的一系列操作。

4.1双向链表的创建

双向链表在初始化时，要给首尾两个节点分配内存空间。成功分配后，需要将首节点的prior指针和尾节点的next指针都指向NULL，这是十分关键的一步，因为这是之后用来判断空表的条件。并且当链表为空时，要将首节点的next指向尾节点，尾节点的prior指向首节点。

pElem CreatList(){
	pElem head = (pElem)malloc( sizeof(eElem) );
	assert( head != NULL );		//进行断言
	head->next = head->prior = NULL；//初始化链表指针置空
	return head;
}

4.2双向链表的插入

双向链表的插入其实并不复杂，只是在原有单链表的基础上多了连接一个向前的指针而已。但是需要注意的是操作的顺序很重要，不可以写反了。

以下面这个为例，假设存储元素e的结点为s，要实现将结点s插入到结点p和p->next之间

核心代码就只有以下四行：

s->prior=p; //把p赋值给s的前驱
s->next=p->next;// 把p->next赋值给s的后继
p->next->prior=s;// 把s赋值给p->next的前驱
p->next=s; //把s赋值给p的后继

切记顺序不可以记错在写代码的时候可以将操作步骤画出来，理清实施步骤的顺序。

4.3双向链表的删除

如果将插入操作的原理理解后，那么删除就很好理解了。

删除只需要两个步骤：

核心代码只有三行：

p->prior->next=p->next; //把p->next赋值给p->prior的后继
p->next->prior=p->prior;//把p->prior赋值给p->next的前驱
free(p); //释放结点

4.4双向链表的销毁

销毁一个双向链表的操作同单链表的相似。指针不断向后运动，每运动一个结点，释放上一个结点。

代码如下：

void DestroyList( pElem head ){
	pElem tmp;
	while( head->next != NULL ){
		tmp = head;		//  指针不断后移
		head = head->next;
		free(tmp);
	}
	free(head);
}

五.总结

双向链表相比于单链表来说，是更复杂一些的，毕竟多了一个prior指针，对于插入和删除需要特别注意这两种操作的核心思想以及操作顺序。另外双向链表，带来了方便，可以有效提高算法的时间性能。

六.全部代码

这里引用一位大佬写的代码，将头插法和尾插法创建表都写了，写的很细节，很清楚大家可以参考一下。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
typedef int status;
typedef int elemtype;
typedef struct node{
    elemtype data;
    struct node * next;
    struct node * prior;
}node;
typedef struct node* dlinklist;
status visit(elemtype c){
    printf("%d ",c);
}

status initdlinklist(dlinklist * head,dlinklist * tail){
    (*head)=(dlinklist)malloc(sizeof(node));
    (*tail)=(dlinklist)malloc(sizeof(node));
    if(!(*head)||!(*tail))
        return ERROR;
     
    (*head)->prior=NULL;
    (*tail)->next=NULL;
    
    (*head)->next=(*tail);
    (*tail)->prior=(*head);
}

status emptylinklist(dlinklist head,dlinklist tail){
    if(head->next==tail)
       return TRUE;
    else
       return FALSE;
} 
 
status createdlinklisttail(dlinklist head,dlinklist tail,elemtype data){
    dlinklist pmove=tail,pinsert;
    pinsert=(dlinklist)malloc(sizeof(node));
    if(!pinsert)
         return ERROR;
    pinsert->data=data;
    pinsert->next=NULL;
    pinsert->prior=NULL;
    tail->prior->next=pinsert;
    pinsert->prior=tail->prior;
    pinsert->next=tail;
    tail->prior=pinsert;
} 
 
status createdlinklisthead(dlinklist head,dlinklist tail,elemtype data){
    dlinklist pmove=head,qmove=tail,pinsert;
    pinsert=(dlinklist)malloc(sizeof(node));
    if(!pinsert)
        return ERROR;
    else{
        pinsert->data=data;
        pinsert->prior=pmove;
        pinsert->next=pmove->next;
        pmove->next->prior=pinsert;
        pmove->next=pinsert;
    }
}
 
status traverselist(dlinklist head,dlinklist tail){
    
    dlinklist pmove=head->next;
    while(pmove!=tail){
        visit(pmove->data);
        pmove=pmove->next;
    }
    printf("\n");
}

status locateelem(dlinklist head,dlinklist tail,elemtype data){
    dlinklist pmove=head->next;
    int pos=1;
    while(pmove&&pmove->data!=data){
        pmove=pmove->next;
        pos++;
    }
    return pos;
}

status listlength(dlinklist head,dlinklist tail){
    dlinklist pmove=head->next;
    int length=0;
    while(pmove!=tail){
        pmove=pmove->next;
        length++;
    }
    return length;
}

status inverse(dlinklist head,dlinklist tail){
    dlinklist pmove=tail->prior;
    while(pmove!=head){
        visit(pmove->data);
        pmove=pmove->prior;
    }
    printf("\n");
}

status deleteelem(dlinklist head,dlinklist tail,int pos,elemtype *data){
    int i=1;
    dlinklist pmove=head->next;
    while(pmove&&i<pos){
        pmove=pmove->next;
        i++;
    }
    if(!pmove||i>pos){
        printf("输入数据非法\n");
        return ERROR;
    }
    else{
        *data=pmove->data;
        pmove->next->prior=pmove->prior;
        pmove->prior->next=pmove->next;
        free(pmove);
    }
}

status inserttail(dlinklist head,dlinklist tail,elemtype data){
    dlinklist pinsert;
    pinsert=(dlinklist)malloc(sizeof(node));
    pinsert->data=data;
    pinsert->next=NULL;
    pinsert->prior=NULL;
    tail->prior->next=pinsert;
    pinsert->prior=tail->prior;
    pinsert->next=tail;
    tail->prior=pinsert;
    return OK;
} 
int main(void){
    dlinklist head,tail;
    int i=0;
    elemtype data=0;
    initdlinklist(&head,&tail);
    if(emptylinklist(head,tail))
        printf("链表为空\n");
    else
        printf("链表不为空\n");
    printf("头插法创建链表\n"); 
    for(i=0;i<10;i++){
        createdlinklisthead(head,tail,i);
    }
    traverselist(head,tail);
    for(i=0;i<10;i++){
        printf("表中值为%d的元素的位置为",i); 
        printf("%d位\n",locateelem(head,tail,i));
    }
    printf("表长为%d\n",listlength(head,tail));
    printf("逆序打印链表");
    inverse(head,tail);
    for(i=0;i<10;i++){
        deleteelem(head,tail,1,&data);
        printf("被删除的元素为%d\n",data);
    }
    traverselist(head,tail);
    if(emptylinklist(head,tail))
        printf("链表为空\n");
    else
        printf("链表不为空\n");
        printf("尾插法创建链表\n");
    for(i=0;i<10;i++){
        //inserttail(head,tail,i);
        createdlinklisttail(head,tail,i);
    }
    traverselist(head,tail);
    printf("逆序打印链表");
    inverse(head,tail);
}

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