[数据结构 - 第3章补充] 线性表之双向链表（C语言实现）

一、什么是循环链表？

双向链表（double linked list）是在单链表的每个结点中，再设置一个指向其前驱结点的指针域。所以在双向链表中的结点都有两个指针域，一个指向直接后继，另一个指向直接前驱。

既然单链表也可以有循环链表，那么双向链表当然也可以是循环表。

线性表的双向链表存储结构如下：

typedef int ElemType;
typedef struct DulNode
{
    ElemType data;  //数据域
    DulNode *prior;   //指向前驱结点的指针
    DulNode *next;    //指向后继结点的指针
}DulNode, DulList;

双向链表的循环、带头结点的空链表如下：

非空、循环、带头结点的双向链表如下：

二、双向链表的基本操作

2.1 插入操作

双向链表的插入操作：

实现代码如下：

// 插入元素操作
Status insertList(DulList *pList, int i, const ElemType e)
{
    // 判断链表是否存在
    if (!pList)
    {
        printf("list not exist!\n");
        return FALSE;
    }
    // 只能在位置1以及后面插入，所以i至少为1
    if (i < 1)
    {
        printf("i is invalid!\n");
        return FALSE;
    }

    // 找到i位置所在的前一个结点
    Node *front = pList; // 这里是让front与i不同步，始终指向j对应的前一个结点
    for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器，赋值为1，对应front指向的下一个结点，即插入位置结点
    {
        front = front->next;
        if (front == NULL)
        {
            printf("dont find front!\n");
            return FALSE;
        }
    }

    // 创建一个空节点，存放要插入的新元素
    Node *temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    if (!temp)
    {
        printf("malloc error!\n");
        return FALSE;
    }
    temp->data = e;

    // 插入结点
    temp->prior = front;
    temp->next = front->next;
    // 当空链表第一次插入结点时，此时head->next = NULL，调用NULL->prior会出错
    if (front->next != NULL)
        front->next->prior = temp;
    front->next = temp;

    return TRUE;
}

注意当空链表第一次插入结点的特殊情况。

2.2 删除操作

双向链表的删除操作：

实现代码如下：

// 删除元素操作
Status deleteList(DulList *pList, int i, ElemType *e)
{
    // 判断链表是否存在
    if (!pList)
    {
        printf("list not exist!\n");
        return FALSE;
    }
    // 只能删除位置1以及以后的结点
    if (i < 1)
    {
        printf("i is invalid!\n");
        return FALSE;
    }

    // 找到i位置所在的前一个结点
    Node *front = pList; // 这里是让front与i不同步，始终指向j对应的前一个结点
    for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器，赋值为1，对应front指向的下一个结点，即插入位置结点
    {
        front = front->next;
        if (front->next == NULL)
        {
            printf("dont find front!\n");
            return FALSE;
        }
    }

    // 提前保存要删除的结点
    Node *temp = front->next;
    *e = temp->data; // 将要删除结点的数据赋给e

    // 删除结点
    if (front->next->next != NULL) // 删除的不是尾结点，才进入
    {
        front->next->prior = front;
    }
    front->next = front->next->next;

    // 销毁结点
    free(temp);
    temp = NULL;

    return TRUE;
}

注意：当双向链表的空链表第一次插入结点时，或者在尾结点后插入或删除的特殊情况，不需要设置插入位置后一个结点的直接前驱指针，因为此时插入位置的后一个结点为 NULL。

三、完整程序

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

#define TRUE 1
#define FALSE 0
typedef int Status; // Status是函数结果状态，成功返回TRUE,失败返回FALSE

typedef int ElemType;
// 双向非循环链表的结构定义
typedef struct Node
{
    ElemType data;  //数据域
    Node *prior;   //指向前驱结点的指针
    Node *next;    //指向后继结点的指针
}Node, DulList;

void initList(DulList **pList); // 初始化链表操作
Status insertList(DulList *pList, int i, const ElemType e); // 插入元素操作
Status deleteList(DulList *pList, int i, ElemType *e); // 删除元素操作
Status getElem(DulList *pList, int i, ElemType *e); // 获取元素操作
Status insertListHead(DulList *pList, const ElemType e); // 头部后插入元素操作
Status insertListTail(DulList *pList, const ElemType e); // 尾部后插入元素操作
Status clearList(DulList *pList); // 清空链表操作
void traverseList(DulList *pList); // 遍历链表操作
int getLength(DulList *pList); // 获取链表长度操作

// 初始化链表操作
void initList(DulList **pList) // 必须使用双重指针，一重指针申请会出错
{
    *pList = (DulList *)malloc(sizeof(Node));
    if (!pList)
    {
        printf("malloc error!\n");
        return;
    }

    (*pList)->data = 0;
    (*pList)->prior = NULL;
    (*pList)->next = NULL;
}

// 插入元素操作
Status insertList(DulList *pList, int i, const ElemType e)
{
    // 判断链表是否存在
    if (!pList)
    {
        printf("list not exist!\n");
        return FALSE;
    }
    // 只能在位置1以及后面插入，所以i至少为1
    if (i < 1)
    {
        printf("i is invalid!\n");
        return FALSE;
    }

    // 找到i位置所在的前一个结点
    Node *front = pList; // 这里是让front与i不同步，始终指向j对应的前一个结点
    for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器，赋值为1，对应front指向的下一个结点，即插入位置结点
    {
        front = front->next;
        if (front == NULL)
        {
            printf("dont find front!\n");
            return FALSE;
        }
    }

    // 创建一个空节点，存放要插入的新元素
    Node *temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    if (!temp)
    {
        printf("malloc error!\n");
        return FALSE;
    }
    temp->data = e;

    // 插入结点
    temp->prior = front;
    temp->next = front->next;
    // 当空链表第一次插入结点时，此时head->next = NULL，调用NULL->prior会出错
    if (front->next != NULL)
        front->next->prior = temp;
    front->next = temp;

    return TRUE;
}

// 删除元素操作
Status deleteList(DulList *pList, int i, ElemType *e)
{
    // 判断链表是否存在
    if (!pList)
    {
        printf("list not exist!\n");
        return FALSE;
    }
    // 只能删除位置1以及以后的结点
    if (i < 1)
    {
        printf("i is invalid!\n");
        return FALSE;
    }

    // 找到i位置所在的前一个结点
    Node *front = pList; // 这里是让front与i不同步，始终指向j对应的前一个结点
    for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器，赋值为1，对应front指向的下一个结点，即插入位置结点
    {
        front = front->next;
        if (front->next == NULL)
        {
            printf("dont find front!\n");
            return FALSE;
        }
    }

    // 提前保存要删除的结点
    Node *temp = front->next;
    *e = temp->data; // 将要删除结点的数据赋给e

    // 删除结点
    if (front->next->next != NULL) // 删除的不是尾结点，才进入
    {
        front->next->prior = front;
    }
    front->next = front->next->next;

    // 销毁结点
    free(temp);
    temp = NULL;

    return TRUE;
}

// 获取元素操作
Status getElem(DulList *pList, int i, ElemType *e)
{
    // 判断链表是否存在
    if (!pList)
    {
        printf("list not exist!\n");
        return FALSE;
    }
    // 只能获取位置1以及以后的元素
    if (i < 1)
    {
        printf("i is invalid!\n");
        return FALSE;
    }

    // 找到i位置所在的结点
    Node *cur = pList->next; // 这里是让cur指向链表的第1个结点，与j同步
    for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器，赋值为1，对应cur指向结点
    {
        cur = cur->next;
        if (cur == NULL)
        {
            printf("dont find front!\n");
            return FALSE;
        }
    }

    // 取第i个结点的数据
    *e = cur->data;

    return TRUE;
}

// 头部后插入元素操作
Status insertListHead(DulList *plist, const ElemType e)
{
    Node *head;
    Node *temp;

    // 判断链表是否存在
    if (!plist)
    {
        printf("list not exist!\n");
        return false;
    }

    // 让head指向链表的头结点
    head = plist;

    // 创建存放插入元素的结点
    temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    if (!temp)
    {
        printf("malloc error!\n");
        return false;
    }
    temp->data = e;

    // 头结点后插入结点
    temp->prior = head;
    temp->next = head->next;
    // 当空链表第一次插入结点时，此时head->next = NULL，调用NULL->prior会出错
    if (head->next != NULL)
        head->next->prior = temp;
    head->next = temp;

    return true;
}

// 尾部后插入元素操作
Status insertListTail(DulList *pList, const ElemType e)
{
    Node *cur;
    Node *temp;

    // 判断链表是否存在
    if (!pList)
    {
        printf("list not exist!\n");
        return FALSE;
    }

    // 找到链表尾节点
    cur = pList;
    while (cur->next)
    {
        cur = cur->next;
    }

    // 创建存放插入元素的结点
    temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    if (!temp)
    {
        printf("malloc error!\n");
        return -1;
    }
    temp->data = e;

    // 尾结点后插入结点
    temp->prior = cur;
    temp->next = cur->next;
    cur->next = temp; // 尾结点的直接后继指针是NULL，所以不用指定NULL的前驱指针

    return TRUE;
}

// 清空链表操作
Status clearList(DulList *pList)
{
    Node *cur; // 当前结点
    Node *temp; // 事先保存下一结点，防止释放当前结点后导致“掉链”

    // 判断链表是否存在
    if (!pList)
    {
        printf("list not exist!\n");
        return FALSE;
    }

    cur = pList->next; // 指向第一个结点
    while (cur)
    {
        temp = cur->next; // 事先保存下一结点，防止释放当前结点后导致“掉链”
        free(cur); // 释放当前结点
        cur = temp; // 将下一结点赋给当前结点p
    }
    pList->next = NULL; // 头结点指针域指向空

    return TRUE;
}

// 遍历链表操作
void traverseList(DulList *pList)
{
    // 判断链表是否存在
    if (!pList)
    {
        printf("list not exist!\n");
        return;
    }

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

// 获取链表长度操作
int getLength(DulList *pList)
{
    Node *cur = pList;
    int length = 0;

    while (cur->next)
    {
        cur = cur->next;
        length++;
    }

    return length;
}

int main()
{
    DulList *pList;

    // 初始化链表
    initList(&pList);
    printf("初始化链表!\n\n");

    // 尾部后插入结点
    printf("尾部后插入元素1、2、3\n\n");
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        insertListTail(pList, i+1);
    }

    // 头部后插入元素
    insertListHead(pList, 5);
    printf("头部后插入元素5\n\n");

    // 插入结点
    insertList(pList, 1, 9);
    printf("在位置1插入元素9\n\n");

    // 遍历链表并显示元素操作
    printf("遍历链表：");
    traverseList(pList);
    printf("\n");

    // 删除结点
    int val;
    deleteList(pList, 2, &val);
    printf("删除位置2的结点，删除结点的数据为： %d\n", val);
    printf("\n");

    // 遍历链表并显示元素操作
    printf("遍历链表：");
    traverseList(pList);
    printf("\n");

    // 获得链表长度
    printf("链表长度: %d\n\n", getLength(pList));

    // 销毁链表
    clearList(pList);
    printf("销毁链表\n\n");

    return 0;
}

输出结果如下图所示：

参考：

《大话数据结构 - 第3章》线性表

原文地址：https://www.cnblogs.com/linuxAndMcu/p/11568643.html

时间： 2024-10-20 01:59:12

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