数据结构——链表（2）——双向链表

李昂

发布于 2025-10-13 15:11:29

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前言

在数据结构的世界里，链表是一种重要的线性存储结构，它通过指针将零散的节点串联起来，实现数据的存储和访问。在链表的使用中，除了无头单向不循环链表外，最常用的就是带头双向循环链表，相比单向链表具有更灵活的操作特性。在之前的章节中已经讲解过了单链表，本文将从双向链表的基本概念出发，详细讲解其结构组成、基本操作实现、与单向链表的对比以及应用场景，帮助大家全面掌握双向链表这一数据结构。

一. 双向链表的结构和概念

（注：带头链表里的头结点，实际为“哨兵位”，哨兵位结点不存储任何有效元素，只是站在这里“放哨的” ）

双向链表，也叫双链表，是链表的一种。双向链表也是由节点组成的，但是节点的组成有所不同,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。这意味着，从双向链表中的任意一个节点出发，都可以很方便地访问它的前驱节点和后继节点，大大提高了链表操作的灵活性。

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

与单向链表相比，双向链表的节点结构更加复杂。单向链表的节点通常只包含一个数据域和一个指针域（指向后继节点），而双向链表的节点除了数据域之外，还包含两个指针域，一个称为prev指针，用于指向当前节点的前驱节点；另一个称为next指针，用于指向当前节点的后继节点。

二. 双向链表的实现

（注：理解代码时请联系注释加深理解）

List.h （定义结构并声明函数）

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

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

//打印
void LTPrint(LTNode* phead);

//初始化法一：
//void LTInit(LTNode** pphead);
//初始化法二：（用这个方法实现接口的一致性）
LTNode* LTInit();

//销毁链表法一：
//void LTDestory(LTNode** pphead);
//法二：（用这个方法保持接口一致性）但需要在main函数中手动置为NULL
void LTDestory(LTNode* phead);


//在双向链表中，增删查改都不会影响哨兵位节点，所以都传一级指针
//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
//判空
bool LTEmpty(LTNode* phead);
//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);
//头删
void LTPopFront(LTNode* phead);

//找指定位置节点
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);
//在指定位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//删除指定位置数据
void LTErase(LTNode* pos);

List.c （函数的实现）

#include"List.h"

//创建新节点
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = newnode->prev = newnode;
}

//初始化
//void LTInit(LTNode** pphead)
//{
//	*pphead = LTBuyNode(-1);
//}

//初始化法二（用这个方法保持接口一致性：都用一级指针或不用）
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = LTBuyNode(-1);
	return phead;
}

//销毁链表法一
void LTDestroy(LTNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	//注意操作符的优先级，要加括号
	LTNode* pcur = (*pphead)->next;
	while (pcur != *pphead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	//销毁头节点
	free(*pphead);
	*pphead = NULL;
}

//销毁链表法二（用这个方法保持接口一致性）
void LTDestroy(LTNode* pphead)
{
	assert(pphead);
	//注意操作符的优先级，要加括号
	LTNode* pcur = pphead->next;
	while (pcur != pphead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	//销毁头节点
	free(pphead);
	pphead = NULL;
}

//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
	newnode->next = phead;
	newnode->prev = phead->prev;

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

//头插
void LTPushFront(LTNode* phead,LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
	newnode->next = phead->next;
	newnode->prev = phead;

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

//判断链表是否为空
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	//哨兵位的next指针指向它自己，双向链表为空
	return phead->next == phead;//等式成立返回true
}

//打印
void LTPrint(LTNode* phead)
{
	//哨兵位不用打印，pcur指向哨兵位的下一个节点
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		printf("%d -> ", pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	//判断链表是否为空，不为空才能删
	assert(!LTEmpty(phead));
	//phead->prev = phead->prev->prev;
	//phead->prev->prev->next = phead;
	LTNode* del = phead->prev;
	del->prev->next = phead;
	phead->prev= del->prev;

	free(del);
	del = NULL;//可写可不写，因为程序结束后，函数栈帧释放 ，del就不用了，也找不到del了
}

//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* del = phead->next;
	phead->next = del->next;
	del->next->prev = phead;

	free(del);
	del = NULL;
}

//查找值为x的节点
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur!=phead)
	{
		if (pcur->data == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	//未找到
	return NULL;
}

//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
	//先改newnode它的改变不会改变原链表
	newnode->next = pos->next;
	newnode->prev = pos;
	pos->next->prev = newnode;
	pos->next = newnode;
}

//删除pos位置的数据
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	pos->prev->next = pos->next;
	pos->next->prev = pos->prev;
	free(pos);
	pos = NULL;
}

（注：可自行创建测试文件去测试并实现一下以上代码，加深理解）