【探索数据结构】线性表之双链表

原创

池央

发布于 2024-11-20 17:22:50

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好事发生

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文章重点介绍:带头双向循环链表

一、双链表

1.概念

双链表，也叫双向链表，是链表的一种特殊形式。在双链表中，每个数据节点都有两个指针，一个指向前一个节点（前驱节点），另一个指向后一个节点（后继节点）。这种结构使得从双链表中的任意一个节点开始，都可以很方便地访问它的前驱节点和后继节点。

2.分类

1）按不同属性分

带头节点的双链表：这种双链表在第一个数据节点之前有一个头结点。头结点是为了操作的统一和方便而设立的，放在第一元素的结点之前，其数据域一般无意义（也可存放链表的长度）。有了头结点，对在第一元素结点前插入结点和删除第一结点，其操作与其它结点的操作就统一了。

不带头节点的双链表：与带头结点的双链表相反，这种链表没有头结点，直接从第一个数据节点开始。

2）按循环性分

双向循环链表：在双向链表的基础上，将头结点的后驱指针指向尾节点，尾节点的前驱指针指向头结点，从而形成一个双向环。

双向非循环链表：这是标准的双向链表，没有形成一个环，只是简单地通过前驱和后继指针连接各个节点。

3.链表结构

typedef int LTDataType;
typedef struct LTNode LTNode;
struct LTNode
{
	LTDataType data;//数据
	LTNode* prev;//前驱指针
	LTNode* next;//后继指针
};

二、对双链表的操作

0.创建节点

//创建节点
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	node->data = x;
	node->next = node->prev = node;//不能置为空，都要指向自己
	return node;
}

1.初始化

后续对链表的操作都是不需要改变头结点的，哨兵位节点不能被删除，节点的地址，也不能发生改变只需传一级指针。为了保持接口的一致性。我们没有在初始化方法中选择传二级指针的方式实现

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

2.打印

// 打印
void LTPrint(LTNode* phead)
{
	//从第一个有效节点遍历
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		printf("%d->", pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}

3.尾插

只有头结点时的尾

// 尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	//phead phead->prev phead->next
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
	//先改变新节点的指针指向不影响原链表
	newnode->prev = phead->prev;
	newnode->next = phead;
	//不可以调换下面两句顺序，否则会找不到原链表的尾结点
	phead->prev->next = newnode;
	phead->prev = newnode;
}

4.头插

// 头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	//phead phead->next 
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
	newnode->next = phead->next;
	newnode->prev = phead;
	//尽量不要调换下面两句顺序
	phead->next->prev = newnode;
	phead->next = newnode;
}

5.尾删

// 尾删
void LTDelBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead&&phead->next);//链表不能为空
	//phead  phead->prev
	//把要删除的节点先存起来以防找不到他的前一个节点
	LTNode* del = phead->prev;
	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;
	free(del);
	del = NULL;
}

6.头删

// 头删
void LTDelFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead && phead->next);//链表不能为空
	//把要删除的节点先存起来以防找不到他的后一个节点
	LTNode* del = phead->next;
	del->next->prev = phead;
	phead->next = del->next;
	free(del);
	del = NULL;
}

7.查找

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	//从第一个有效节点遍历
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		if (pcur->data == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;
}

8.在指定位置之后插入数据

// 指定位置之后插入
void LTPushPos(LTNode* pos, LTDataType x)
{
    assert(pos);
	//pos->next pos 
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
	//先改变新节点的指针指向不影响原链表
	newnode->prev = pos;
	newnode->next = pos->next;

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

9.删除指定节点

pos理论上来说不能为phead，但是没有参数phead，无法增加校验

// 删除指定节点
void LTErase(LTNode* pos)
{
    assert(pos);
	//pos->next pos->prev
	pos->prev->next = pos->next;
	pos->next->prev = pos->prev;
	free(pos);
	pos = NULL;
}

10.销毁链表

// 销毁
void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	//从第一个有效节点遍历
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		//先把要删除节点的下一个节点存起来
		//不然要删除后续节点无法被找到
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	//把哨兵位置为空
	free(phead);
	phead = NULL;
}

三、双链表的主要应用

1.双向遍历

当需要频繁地在链表中向前和向后移动时，双链表非常有用。与单链表只能从头节点开始遍历不同，双链表可以从任何节点开始向前或向后遍历。

2.实现LRU（最近最少使用）缓存

LRU缓存策略常用于操作系统、数据库和缓存系统中，用于确定哪些数据应当被移除或替换，以便为新的数据腾出空间。在LRU缓存中，最近最少使用的数据项会被移除。使用双链表可以方便地将最近访问的节点移到链表的前端，并在需要时从链表的后端移除节点。

3.实现双向队列（Deque）

双向队列是一种具有队列和栈的性质的数据结构，支持从两端插入和删除元素。使用双链表可以轻松地实现这样的数据结构。

4.撤销和重做功能

在许多文本编辑器、图形编辑器和应用程序中，用户可能需要撤销或重做之前的操作。使用双链表可以存储用户的操作历史，并允许用户向前或向后遍历这些操作。

5.文件系统的元数据管理

在文件系统中，文件和目录的元数据（如名称、大小、修改日期等）通常存储在链表中。由于文件系统需要支持删除和插入操作，并且可能需要从任意位置开始遍历，因此双链表是一个合适的选择。

6.网络协议中的数据传输

在某些网络协议中，数据需要在不同的节点之间传输，并且可能需要在传输过程中进行插入或删除操作。双链表可以方便地实现这样的数据传输机制。

7.内存管理

在某些操作系统和内存管理系统中，双链表被用于跟踪和管理内存块。例如，在内存分配和回收过程中，双链表可以用于记录哪些内存块是可用的，哪些是被占用的。

8.范围查询

在某些应用场景中，可能需要查找位于某个范围内的所有元素。使用双链表可以方便地实现这样的范围查询操作，因为可以从任意节点开始向前或向后遍历链表。

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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