數據結構--帶頭結點的雙向鏈表

帶頭結點的雙向鏈表

   之前用c語言寫了單鏈表，單鏈表是每個結點結構體中包含一個指針，指向下一個結點，還有一個數據類型，用於存儲當前結點的值。單鏈表的結構簡單，所以會導致在有時候，它有一些弊端，比如需要訪問使用某一個結點的前一個結點的時候，就需要重新遍歷一次鏈表來查找這個結點。所以在大多數情況下我們都選擇使用雙向鏈表。

雙向鏈表也叫雙鏈表，是鏈表的一種，它的每個數據結點中都有兩個指針，分別指向直接後繼和直接前驅。所以，從雙向鏈表中的任意一個結點開始，都可以很方便地訪問它的前驅結點和後繼結點。

帶頭節點的雙向鏈表一般就如下圖所示：鏈表的最後一個有效元素指向NULL。頭結點中不存儲任何信息，只是便於管理，不需要考慮向第一個元素頭插的特殊情況。

   雖然雙向鏈表的結構看着有些複雜，但是在使用的時候，會比較方便。插入時，只需要修改對應的三個結點的指針指向即可。

下面來看一下具體是怎麼實現的：
DLinkList.h

#pragma once
//類型重定義char爲鏈表中的數據類型
typedef char DLinkType; 
//結點的結構體（指向前驅結點，後繼結點，還有一個數據）
typedef struct DLinkNode { 
DLinkType data; 
struct DLinkNode* next; 
struct DLinkNode* prev; 
} DLinkNode; 
//初始化一個鏈表
void DLinkListInit(DLinkNode** head); 
//向鏈表的尾部插入
DLinkNode* DLinkListPushBack(DLinkNode* head, DLinkType value); 
//從尾部刪除一個結點
void DLinListPopBack(DLinkNode* head); 
//往頭結點後插入一個結點
void DLinkListPushFront(DLinkNode* head, DLinkType value); 
//從頭節點刪除一個結點
void DLinkListPopFront(DLinkNode* head);
//在鏈表中查找某個指定結點
DLinkNode* DLinkListFind(DLinkNode* head, DLinkType to_find); 
//往指定位置之前插入一個元素  
void DLinkListInsert(DLinkNode* pos, DLinkType value);
// 往指定位置之後插入一個元素  
void DLinkListInsertAfter(DLinkNode* pos, DLinkType value);

DLinkList.c

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <malloc.h>
#include"DLinkList.h"

//初始化一個雙鏈表
//初始化需要做的工作是將頭結點malloc出來。
void DLinkListInit(DLinkNode** head)
{
    assert(head);
    (*head) = (DLinkNode*)malloc(sizeof(DLinkNode));
    (*head)->next = NULL;
    (*head)->prev = NULL;
}
//創建一個結點
//封裝一個函數，便於插入時直接使用。
DLinkNode* CreateNode(DLinkType value)
{
    DLinkNode* ret = (DLinkNode*)malloc(sizeof(DLinkNode));
    ret->data = value;
    ret->next = NULL;
    ret->prev = NULL;
    return ret;
}
//銷燬一個結點
//對應創建結點就有一個銷燬結點
void DestroyNode(DLinkNode *ptr)
{
    free(ptr);
    ptr = NULL;
}
//雙鏈表的尾插
DLinkNode* DLinkListPushBack(DLinkNode* head, DLinkType value)
{
    assert(head != NULL);
    DLinkNode *newnode = CreateNode(value);
    //讓新結點的後繼節點指向空
    newnode->next = NULL;
    DLinkNode *end = head;
    //找到最後一個結點
    while(end->next != NULL)
    {
        end = end->next;
    }
    //讓最後一個結點的next結點指向newnode
    end->next = newnode;
    //讓newnode的prev結點指向end
    newnode->prev = end;
    return newnode;
}
// 尾刪
void DLinListPopBack(DLinkNode* head)
{
    assert(head);
    DLinkNode *tmp = head;
    //如果當前鏈表沒有有效元素
    if(tmp->next == NULL)
        return;
    //如果當前鏈表只有一個結點
    if(tmp->next->next == NULL)
    {
        DestroyNode(tmp->next);
        head->next = NULL;
        return;
    }
    while(tmp->next->next)
    {
        tmp = tmp->next;
    }
    DestroyNode(tmp->next);
    tmp->next = NULL;
}
//頭插
void DLinkListPushFront(DLinkNode* head, DLinkType value)
{
    assert(head);
    DLinkNode *newnode = CreateNode(value);
    if(head->next == NULL)
    {
        head->next = newnode;
        newnode->next = NULL;
        newnode->prev = head;
        return;
    }
    newnode->next = head->next;
    head->next->prev = newnode;
    head->next = newnode;
    newnode->prev = head;
}
//頭刪
void DLinkListPopFront(DLinkNode* head)
{
    assert(head);
    //只有一個頭節點
    if(head->next == NULL)
    {
        return;
    }
    DLinkNode *to_delete = head->next;
    head->next = to_delete->next;
    DestroyNode(to_delete);
    if(head->next!=NULL)
    {
        head->next->prev = head;
    }
}
//在鏈表中查找
DLinkNode* DLinkListFind(DLinkNode* head, DLinkType to_find)
{
    assert(head);
    if(head->next == NULL)
        return NULL;
    DLinkNode *tmp = head->next;
    while(tmp)
    {
        if(tmp->data == to_find)
            return tmp;
        tmp = tmp->next;
    }
    return NULL;
}
//
///** 
//* @brief 往指定位置之前插入一個元素 
//*/ 
void DLinkListInsert(DLinkNode* pos, DLinkType value)
{
    assert(pos);
    DLinkNode *newnode = CreateNode(value);
    newnode->next = pos;
    newnode->prev = pos->prev;
    pos->prev = newnode;
    newnode->prev->next = newnode;
}
//往指定位置之後插入一個元素  
void DLinkListInsertAfter(DLinkNode* pos, DLinkType value)
{
    assert(pos);
    DLinkNode *newnode = CreateNode(value);
    newnode->prev = pos;
    newnode->next = pos->next;
    pos->next = newnode;
    newnode->next->prev = newnode;
}
void PrintList(DLinkNode *head)
{
    assert(head);
    printf("[head] ");
    DLinkNode *tmp = head->next;
    if(tmp == NULL)
        return;
    while(tmp != NULL)
    {
        printf("[%c] ",tmp->data);
        tmp = tmp->next;
    }
    printf("\n");
}

測試代碼：

////////////////////////////測試代碼/////////////
#define TESTHEAD printf("------------------------------------------%s------------------------------------------\n",__FUNCTION__);

void testPushBack()
{
    TESTHEAD;
    DLinkNode *head;
    DLinkListInit(&head);
    DLinkListPushBack(head,'a');
    DLinkListPushBack(head,'b');
    DLinkListPushBack(head,'c');
    DLinkListPushBack(head,'d');
    DLinkListPushBack(head,'e');
    PrintList(head);
}
void testPopBack()
{
    TESTHEAD;
    DLinkNode *head;
    DLinkListInit(&head);
    DLinkListPushBack(head,'a');
    DLinkListPushBack(head,'b');
    DLinkListPushBack(head,'c');
    DLinkListPushBack(head,'d');
    DLinkListPushBack(head,'e');
    printf("尾刪前：");
    PrintList(head);
    DLinListPopBack(head);
    printf("尾刪後：");
    PrintList(head);
}
void testPushFront()
{
    TESTHEAD;
    DLinkNode *head;
    DLinkListInit(&head);
    DLinkListPushBack(head,'a');
    DLinkListPushBack(head,'b');
    DLinkListPushBack(head,'c');
    DLinkListPushBack(head,'d');
    DLinkListPushBack(head,'e');
    printf("頭插前：");
    PrintList(head);
    DLinkListPushFront(head,'1');
    printf("頭插後：");
    PrintList(head);
}
void testPopFront()
{
    TESTHEAD;
    DLinkNode *head;
    DLinkListInit(&head);
    DLinkListPushBack(head,'a');
    DLinkListPushBack(head,'b');
    DLinkListPushBack(head,'c');
    DLinkListPushBack(head,'d');
    DLinkListPushBack(head,'e');
    printf("頭刪前：");
    PrintList(head);
    DLinkListPopFront(head);
    printf("頭刪後：");
    PrintList(head);
    printf("\n");
}
void testFind()
{
    TESTHEAD;
    DLinkNode *head;
    DLinkNode *ret;
    DLinkListInit(&head);
    DLinkListPushBack(head,'a');
    DLinkListPushBack(head,'b');
    DLinkListPushBack(head,'c');
    DLinkListPushBack(head,'d');
    DLinkListPushBack(head,'e');
    PrintList(head);
    ret = DLinkListFind(head,'f');
    if(ret)
    {
        printf("找到了！\n");
    }
    else
        printf("沒找到！\n");
}
void testInsert()
{
    TESTHEAD;
    DLinkNode *head;
    DLinkNode *pos ;
    DLinkListInit(&head);
    pos = DLinkListPushBack(head,'a');
    DLinkListPushBack(head,'b');
    DLinkListPushBack(head,'c');
    DLinkListPushBack(head,'d');
    DLinkListPushBack(head,'e');

    DLinkListInsert(pos,'x');
    PrintList(head);
}
void testInsertAfter()
{
    TESTHEAD;
    DLinkNode *head;
    DLinkNode *pos;
    DLinkListInit(&head);
    pos = DLinkListPushBack(head,'a');
    DLinkListPushBack(head,'b');
    DLinkListPushBack(head,'c');
    DLinkListPushBack(head,'d');
    DLinkListPushBack(head,'e');
    DLinkListInsertAfter(pos,'x');
    PrintList(head);
}
void test()
{
    testPushBack();
    testPopBack();
    testPushFront();
    testPopFront();
    testFind();
    testInsert();
    testInsertAfter();
}

int main()
{
    test();
    return 0;
}

測試的結果：