详解双向链表的基本操作(C语言)

文章目录

• • 1.双向链表的定义
  • 2.双向链表的创建
  • 3.双向链表的插入
  • 4.双向链表的删除
  • 5.双向链表更改节点数据
  • 6.双向链表的查找
  • 7.双向链表的打印
  • 8.测试函数及结果

1.双向链表的定义

上一节学习了单向链表单链表详解。今天学习双链表。学习之前先对单向链表和双向链表做个回顾。
单向链表特点：
  1.我们可以轻松的到达下一个节点, 但是回到前一个节点是很难的.
  2.只能从头遍历到尾或者从尾遍历到头(一般从头到尾)
双向链表特点
  1.每次在插入或删除某个节点时, 需要处理四个节点的引用, 而不是两个. 实现起来要困难一些
  2.相对于单向链表, 必然占用内存空间更大一些.
  3.既可以从头遍历到尾, 又可以从尾遍历到头
双向链表的定义:
  双向链表也叫双链表，是链表的一种，它的每个数据结点中都有两个指针，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。下图为双向链表的结构图。

  从上中可以看到，双向链表中各节点包含以下 3 部分信息：
  指针域：用于指向当前节点的直接前驱节点；
  数据域：用于存储数据元素。
  指针域：用于指向当前节点的直接后继节点；

双向循环链表的定义:
  双向链表也可以进行首尾连接，构成双向循环链表,如下图所示
在创建链表时，只需要在最后将收尾相连即可（创建链表代码中已经标出）。其他代码稍加改动即可。

双链表的节点结构用 C 语言实现为：

/*随机数的范围*/#define MAX 100/*节点结构*/typedef struct Node{struct Node *pre;int data;struct Node *next;}Node;

2.双向链表的创建

  同单链表相比，双链表仅是各节点多了一个用于指向直接前驱的指针域。因此，我们可以在单链表的基础轻松实现对双链表的创建。
  需要注意的是，与单链表不同，双链表创建过程中，每创建一个新节点，都要与其前驱节点建立两次联系，分别是：
  将新节点的 prior 指针指向直接前驱节点；
  将直接前驱节点的 next 指针指向新节点；
  这里给出创建双向链表的 C 语言实现代码：

#define MAX 100Node *CreatNode(Node *head){head=(Node*)malloc(sizeof(Node));//鍒涘缓閾捐〃绗竴涓粨鐐癸紙棣栧厓缁撶偣锛?if(head == NULL){printf("malloc error!\r\n");return NULL;}head->pre=NULL;head->next=NULL;head->data=rand()%MAX;return head;}Node* CreatList(Node * head,int length){if (length == 1){return( head = CreatNode(head));}else{head = CreatNode(head);Node * list=head;for (int i=1; i<length; i++) /*创建并初始化一个新结点*/{Node * body=(Node*)malloc(sizeof(Node));body->pre=NULL;body->next=NULL;body->data=rand()%MAX;/*直接前趋结点的next指针指向新结点*/list->next=body;/*新结点指向直接前趋结点*/body->pre=list;/*把body指针给list返回*/list=list->next;} }/*加上以下两句就是双向循环链表*/// list->next=head;// head->prior=list;return head;}

3.双向链表的插入

  根据数据添加到双向链表中的位置不同，可细分为以下 3 种情况：
1.添加至表头
  将新数据元素添加到表头，只需要将该元素与表头元素建立双层逻辑关系即可。
  换句话说，假设新元素节点为 temp，表头节点为 head，则需要做以下 2 步操作即可：
  temp->next=head; head->prior=temp;
  将 head 移至 temp，重新指向新的表头；
  将新元素 7 添加至双链表的表头，则实现过程如下图所示：

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2.添加至表的中间位置
  同单链表添加数据类似，双向链表中间位置添加数据需要经过以下 2 个步骤，如下图所示：
  新节点先与其直接后继节点建立双层逻辑关系；
  新节点的直接前驱节点与之建立双层逻辑关系；

3.添加至表尾
  与添加到表头是一个道理，实现过程如下：
  找到双链表中最后一个节点；
  让新节点与最后一个节点进行双层逻辑关系；

/*在第add位置的前面插入data节点*/Node * InsertListHead(Node * head,int add,int data){/*新建数据域为data的结点*/Node * temp=(Node*)malloc(sizeof(Node));if(head == NULL){printf("malloc error!\r\n");return NULL;}    else{temp->data=data;temp->pre=NULL;temp->next=NULL; }/*插入到链表头，要特殊考虑*/if (add==1){temp->next=head;head->pre=temp;head=temp;}else{Node * body=head;/*找到要插入位置的前一个结点*/for (int i=1; i<add-1; i++){body=body->next;}/*判断条件为真，说明插入位置为链表尾*/if (body->next==NULL){body->next=temp;temp->pre=body;}else{body->next->pre=temp;temp->next=body->next;body->next=temp;temp->pre=body;}}return head;}/*在第add位置的后面插入data节点*/Node * InsertListEnd(Node * head,int add,int data){int i = 1;/*新建数据域为data的结点*/Node * temp=(Node*)malloc(sizeof(Node));temp->data=data;temp->pre=NULL;temp->next=NULL;Node * body=head;while ((body->next)&&(i<add+1)){body=body->next;i++;}/*判断条件为真，说明插入位置为链表尾*/if (body->next==NULL){body->next=temp;temp->pre=body;temp->next=NULL;}else{temp->next=body->pre->next;temp->pre=body->pre;body->next->pre=temp;body->pre->next=temp;}return head;}

4.双向链表的删除

  双链表删除结点时，只需遍历链表找到要删除的结点，然后将该节点从表中摘除即可。
  例如，删除元素 2 的操作过程如图 所示：

Node * DeleteList(Node * head,int data){Node * temp=head;/*遍历链表*/while (temp){/*判断当前结点中数据域和data是否相等，若相等，摘除该结点*/if (temp->data==data) {/*判断是否是头结点*/if(temp->pre == NULL){head=temp->next;temp->next = NULL;free(temp);return head;}/*判断是否是尾节点*/else if(temp->next == NULL){temp->pre->next=NULL;free(temp);return head;}else{temp->pre->next=temp->next;temp->next->pre=temp->pre;free(temp);return head;   }}temp=temp->next;}printf("Can not find %d!\r\n",data);return head;}

5.双向链表更改节点数据

  更改双链表中指定结点数据域的操作是在查找的基础上完成的。实现过程是：通过遍历找到存储有该数据元素的结点，直接更改其数据域即可。

/*更新函数，其中，add 表示更改结点在双链表中的位置，newElem 为新数据的值*/Node *ModifyList(Node * p,int add,int newElem){Node * temp=p;/*遍历到被删除结点*/for (int i=1; i<add; i++) {temp=temp->next;}temp->data=newElem;return p;}

6.双向链表的查找

  通常，双向链表同单链表一样，都仅有一个头指针。因此，双链表查找指定元素的实现同单链表类似，都是从表头依次遍历表中元素。

/*head为原双链表，elem表示被查找元素*/int FindList(Node * head,int elem){/*新建一个指针t，初始化为头指针 head*/Node * temp=head;int i=1;while (temp) {if (temp->data==elem){return i;}i++;temp=temp->next;}/*程序执行至此处，表示查找失败*/return -1;}

7.双向链表的打印

/*输出链表的功能函数*/void PrintList(Node * head){Node * temp=head;while (temp) {/*如果该节点无后继节点，说明此节点是链表的最后一个节点*/if (temp->next==NULL) {printf("%d\n",temp->data);}else{printf("%d->",temp->data);}temp=temp->next;}}

8.测试函数及结果

int main() {Node * head=NULL;//创建双链表head=CreatList(head,5);printf("新创建双链表为\t");PrintList(head);//在表中第 5 的位置插入元素 1head=InsertListHead(head, 5,1);printf("在表中第 5 的位置插入元素 1\t");PrintList(head);//在表中第 3 的位置插入元素 7head=InsertListEnd(head, 3, 7);printf("在表中第 3 的位置插入元素 7\t");PrintList(head);// //表中删除元素 7head=DeleteList(head, 7);printf("表中删除元素 7\t\t\t");PrintList(head);printf("元素 1 的位置是\t：%d\n",FindList(head,1));//表中第 3 个节点中的数据改为存储 6head = ModifyList(head,3,6);printf("表中第 3 个节点中的数据改为存储6\t");PrintList(head);return 0;}

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以上代码均为测试后的代码。如有错误和不妥的地方，欢迎指出。