目录
一、简介
二. 双链表的实现
1.准备工作及其注意事项
1.1 先创建三个文件
1.2 注意事项:帮助高效记忆
1.3 关于什么时候 用 一级指针接收,什么时候用 二级指针接收?
1.4 释放节点时,要将节点地址 置为NULL,难道 节点内部的 指针域的指针 就不用置为 NULL吗?
2.双链表的基本功能接口
2.1 初始化哨兵位
2.2 链表的创建新节点接口
2.3 打印
3. 插入 接口
3.1 尾插法
3.2 头插法
3.3 在 pos 位置之后插入数据
4. 查找
5.删除 接口
5.1 尾删法
5.2 头删法
5.3 删除 pos 位置的数据
6. 销毁链表 接口
6.1 二级指针版
6.2 一级指针版
7. 总代码概览
List.h
List.c
test.c
三. 顺序表和双向链表的优缺点分析
一、简介
单向链表在解决那些需要大量查找前趋节点的问题时,效率较为低下,因为单向链表适合“从前往后”查找,并不适合“从后往前”查找。
(若想要看 单链表,可以点击跳转:【数据结构】单向链表实现 超详细)
如果要提高链表的查找效率,那 双向链表(双链表)无疑是首选。
双向链表:即为 字面上的意思是“双向”的链表,如下图所示。
- 双向 指各个节点之间的逻辑关系是 双向的,该链表通常 有一个头节点 -- 称为 哨兵位 。
- 概念: 当链表中只有哨兵位节点的时候,我们称该链表为空链表,即哨兵位是不能删除的
- 从上图还可以看出,双向链表中每个节点包括一下3个部分,分别是:
- 指针域(前驱节点 prev )、
- 数据域(用于存储数据元素 data)
- 指针域(后继节点 next)。
二. 双链表的实现
1.准备工作及其注意事项
1.1 先创建三个文件
解释这三个文件的作用
1、头文件List.h 是来声明接口函数,定义链表,将几个公共用到的库函数集合起来
2、源文件List.c 是用来具体实现接口
3、源文件test.c 用于接口的测试工作 ,即具体的使用场景
1.2 注意事项:帮助高效记忆
1. 传递指针,都要断言 不能为 NULL ,指针不能为空:assert(phead);
2. 存在 关系到 前趋节点prev 或 后继节点next 的 情况,可以 直接定义变量 Prev = .... Next = .... 便于 理清思路,不易乱
3. 所有的 删除接口 都需要 断言链表不能只有 哨兵位: assert(phead->next != phead);
4. 尾删法: 记得双链表的找尾 不像 单链表需要循环去找尾!!ptail = phead->prev;5. 初始化创建头节点:推荐使用 调用 创建节点接口 的 方法
5. 销毁接口:推荐使用 传一级指针的方法
1.3 关于什么时候 用 一级指针接收,什么时候用 二级指针接收?(不看水话,可以直接 看下面 总结 部分)
(有点水话,实在不明白思路的可以看一下详细解说的 ”水话“)
在 单向链表 中,有一个指向 第一个节点的指针 plist,由于 头插法等操作,可能会改变 第一个节点,则 plist 要对应进行 更新,而 要想直接改变一个变量(plist是指针变量)的值,需要传地址,plist 的 &plist 是 一级指针的地址,就要用 二级指针 来接收
在 双向链表 中,存在 头节点 head ,即 哨兵位,哨兵是 不用进行 改变本身这个节点的 地址的!!
那就有铁铁要问了,不是还要改变 头节点 head( 哨兵位 ) 的指向,要指向 第一个 节点 或 尾节点 吗?
回答:因为 我们 要改变的 是 双链表节点 结构 中 的 结构体成员变量:prev 和 next ,改变 结构体的成员变量 只需要利用 结构体指针 p->prev = .... 或 p->next = .... 就达到 修改 双链表节点指向 问题了,而你本身并不需要改变 一个节点的地址 p
总结
总结:修改 双链表节点 的指向,是通过 修改节点结构体内部的 两个成员变量 来实现的,只需要用到 结构体指针(即该节点的地址 p),找到 两个成员变量,即可完成修改,因而传递 一级指针就好,不用像 单链表那样还要 传递 一级指针的 地址
1.4 释放节点时,要将节点地址 置为NULL,难道 节点内部的 指针域的指针 就不用置为 NULL吗?
回答:不用 因为节点的空间已经还给操作系统了 那个指针域的指针所占据的空间也还回去了 操作系统后续分配内存就会把那块空间覆盖掉 就不会又啥影响
2.双链表的基本功能接口
2.1 初始化哨兵位
初始化哨兵位 第一种方法:传入 指针,进行"加工" 成 哨兵位
// 初始化一个哨兵位:
void LTInit(LTNode** pphead)
{
*pphead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
// 开辟空间是否成功的判断:一般malloc不会失败,失败证明内存不够了,写下面的证明算是好习惯,不写一般没问题
if (*pphead == NULL) {
perror("malloc fail!");
exit(1);
}
(*pphead)->data = -1;
(*pphead)->next = (*pphead)->prev = *pphead; // 哨兵位初识化,两个指针都指向自己
}
初始化哨兵位第二种方法:直接一个函数生成一个哨兵位,返回哨兵位就好,不用传指针
LTNode* LTInit()
{
LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
// 开辟空间是否成功的判断
if (phead == NULL) {
perror("malloc fail!");
exit(1);
}
phead->data = -1; // data 随便定,反正哨兵位data无效
phead->next = phead->prev = phead;
return phead;
}
初始化哨兵位 第二种方法的2.0 版本:因为哨兵位的初始化 和 2.2 创建新新节点的方法一样,可以合并调用
LTNode* LTInit_2()
{
LTNode* phead = LTCreatNode(-1);
return phead;
}
2.2 链表的创建新节点接口
// 创建新节点
LTNode* LTCreatNode(LTDataType x)
{
LTNode* newNode = (LTNode*)malloc(sizeof (LTNode));
if (newNode == NULL)
{
perror("malloc fail!");
exit(1);
}
newNode->data = x;
newNode->prev = newNode->next = newNode; // 都是 指向自己
return newNode;
}
2.3 打印
双链表的打印
和 单链表打印一样,都需要循环,但是结束条件不一样
单链表以 pcur = NULL 为结束条件,双链表是 一种循环链表,头尾相连,不会有 pcur = NULL 的情况
正解:既然 哨兵位无有效数据,同时 循环一轮 还是 回到头(哨兵位),干脆:while (pcur != phead)
void LTPrint(LTNode* phead)
{
assert(phead);// 哨兵位不能为空
LTNode* pcur = phead->next;
while (pcur != phead)
{
printf("%d -> ", pcur->data);
pcur = pcur->next;
}
printf("\n");
}
3. 插入 接口
前言:
// 不需要改变哨兵位,则不需要传二级指针
// 如果需要修改哨兵位的话,则传二级指针
3.1 尾插法
双链表的 尾插法
双向链表尾插需不需要找尾的操作 ?不需要 :ptail = head->prev; 注意这个 等价关系,便于理解下面的代码
尾插法 也称作 在哨兵位之前插入节点/最后一个有效节点之后插入数据
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);// 哨兵位不能为空
LTNode* newNode = LTCreatNode(x);
LTNode* ptail = phead->prev;
// 三者关系:phead->prev(即ptail) newNode phead
// 处理顺序:先 newNode, 再 phead->prev(即ptail) ,最后 phead:否则会乱套
// 先 newNode
newNode->next = phead;
newNode->prev = ptail; // 就是 phead->prev
// 再尾节点 ptail = head->prev ; ptail -> next = head-> prev -> next;
ptail->next = newNode;
// 最后头节点
phead->prev = newNode;
}
3.2 头插法
双链表的 头插法
注意:头插 是在第一个有效位置进行插入,不是在哨兵位 前面,由于 双链表的循环成环状的特性,若在哨兵位前面,就是尾插了
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
LTNode* newNode = LTCreatNode(x);
// 三者关系:phead newNode phead->next (即 第一个 有效节点,命名为Next) ;
// 处理顺序:先 newNode, 再 phead->next(即 第一个 有效节点,命名为Next) ,最后 phead:否则会乱套
LTNode* Next = phead->next; // 这里就是定义了个变量,便于梳理
// 先 newNode
newNode->next = Next;
newNode->prev = phead;
// 再 phead->next(即 第一个 有效节点)
Next->prev = newNode;
// 最后头节点
phead->next = newNode;
}
3.3 在 pos 位置之后插入数据
在 pos 位置之后插入数据:要配合 4.查找 接口实现
和 头插法思路一样:只是将 哨兵的带头作用 换成了 pos
pos 是通过 4.查找 的接口找的
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
// 先创建新节点
LTNode* newNode = LTCreatNode(x);
// 关系三个节点:pos newNode pos->next
// 先处理newNode,后 pos->next , 最后 pos
// 注意三者的执行顺序 不能换!!
LTNode* Next = pos->next; // 这里将 pos 的下一个节点(pos->next) 命名成 Next (避免和 next 混淆)
newNode->next = Next;
newNode->prev = pos;
Next->prev = newNode;
pos->next = newNode;
}
4. 查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
// 下面是遍历 双链表的模板操作
LTNode* pcur = phead->next;
while (pcur != phead)
{
if (pcur->data == x)
{
return pcur;
}
pcur = pcur->next;
}
return NULL;
}
5.删除 接口
5.1 尾删法
// 思路:让 倒数第二个 节点 next 指向 head ,head 指向 倒数第二个节点,最后 free 掉 ptail
// 尾节点前一个节点:ptail->prev = phead->prev->prev
// 尾节点:ptail = phead->prev
// "尾节点前一个节点" 指向 head哨兵位:ptail->prev->next = phead;
// head哨兵位 指向 "尾节点前一个节点" :phead->prev = ptail->prev;
// 最后 free 掉 ptail
// 尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
assert(phead);
//链表为空:只有一个哨兵位节点
assert(phead->next != phead);
LTNode* ptail = phead->prev;
ptail->prev->next = phead;
phead->prev = ptail->prev;
free(ptail);
ptail = NULL;
}
5.2 头删法
// 被删除的 第一个有效节点:pFirst = phead->next;
// 下一个节点 pSecond = pFirst->next;
// 先 下一个节点 指向 head : pSecond->prev = phead;
// 后 head 指向 下一个节点 :phead->next = pSecond;
// 注意:因为对于循环链表来说, 第一个节点的下个节点 也可以是 哨兵位,所以 只存在一个有效节点,也是可以直接删除第一个节点的、
// 头删
// 删除的是 第一个有效节点
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
assert(phead); // 地址不能为NULL
assert(phead->next != phead); // 链表不能只有 哨兵位
LTNode* pFirst = phead->next; // 要被删除的 第一个节点
LTNode* pSecond = pFirst->next;
pSecond->prev = phead;
phead->next = pSecond;
free(pFirst);
pFirst = NULL;
}
5.3 删除 pos 位置的数据
删除 pos 位置的数据:要配合 4.查找 接口实现
void LTErase(LTNode* pos)
{
assert(pos);
// 关系三个节点: pos->prev pos pos->next
LTNode* Prev = pos->prev; // pos 的前一个
LTNode* Next = pos->next; // pos 的下一个
Next->prev = Prev;
Prev->next = Next;
free(pos);
pos = NULL;
}
6. 销毁链表 接口
更推荐 一级指针版:手动置为NULL
为了保持 接口的一致性:不然前面接口都是 一级指针,到这里突然 二级指针,当程序交给用户时,会增加记忆的成本
6.1 二级指针版
// 思路:先将 有效节点删除,后删除哨兵位
// 删除有效节点, 要将下个节点保存起来,不然找不到
// 注意:这里 最后需要 改变 哨兵位 为NULL ,因而要传递地址,用二级指针接收
// 否则,传值 只会影响 形参,哨兵位 需要手动 置为NULL
void LTDestory(LTNode** pphead)
{
assert(pphead);// 指针本身不能为 空
assert(*pphead); // 哨兵位 不能为 空
LTNode* pcur = (*pphead)->next; // *pphead = phead 即哨兵位 ;还有记得 加括号
while (pcur != *pphead)
{
LTNode* next = pcur->next;
free(pcur);
pcur = next;
}
// 最后删除 哨兵位
free(*pphead);
*pphead = NULL;
}
6.2 一级指针版
// 双链表的 销毁:一级指针版:哨兵位 需要 手动额外 置为空
void LTDestory(LTNode* phead)
{
assert(phead);// 哨兵位 不能为 空
LTNode* pcur = (phead)->next; // *pphead = phead 即哨兵位 ;还有记得 加括号
while (pcur != phead)
{
LTNode* next = pcur->next;
free(pcur);
pcur = next;
}
// 最后释放掉 形参的指针:这里不是释放 哨兵位
free(phead);
phead = NULL;
}
7. 总代码概览
List.h
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
// 创建新节点
typedef int LTDataType;
typedef struct LTistNode
{
LTDataType data;
struct LTistNode* prev;
struct LTistNode* next;
}LTNode;
// 创建新节点
LTNode* LTCreatNode(LTDataType x);
// 初始化:生成哨兵位
LTNode* LTInit();
// 打印函数
void LTPrint(LTNode* phead);
// 尾插法
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
// 头插法
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
// 在 pos 之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
// 尾删法
void LTPopBack(LTNode* phead);
// 头删法
void LTPopFront(LTNode* phead);
// 删除 pos 位置节点
void LTErase(LTNode* pos);
// 查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);
// 销毁
void LTDestory(LTNode* phead);
List.c
#include"List.h"
// 创建新节点
LTNode* LTCreatNode(LTDataType x)
{
LTNode* newNode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
if (newNode == NULL)
{
perror("malloc fail!");
exit(1);
}
newNode->data = x;
newNode->prev = newNode->next = newNode;
return newNode;
}
// 初始化:生成哨兵位
LTNode* LTInit()
{
LTNode* head = LTCreatNode(-1);
return head;
}
// 打印函数
void LTPrint(LTNode* phead)
{
assert(phead);
LTNode* pcur = phead->next;
while (pcur != phead)
{
printf("%d -> ", pcur->data);
pcur = pcur->next;
}
printf("\n");
}
// 尾插法
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
// 创建新节点
LTNode* newNode = LTCreatNode(x);
LTNode* ptail = phead->prev;
// 三者关系:ptail newNode phead
newNode->next = phead;
newNode->prev = ptail;
ptail->next = newNode;
phead->prev = newNode;
}
// 头插法
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
// 创建新节点
LTNode* newNode = LTCreatNode(x);
// 三者关系:phead newNode phead->next (定为Next);
LTNode* Next = phead->next; // 这里就是定义了个变量,便于梳理
newNode->next = Next;
newNode->prev = phead;
Next->prev = newNode;
phead->next = newNode;
}
// 查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
LTNode* pcur = phead->next;
while (pcur != phead)
{
if (pcur->data == x) return pcur;
pcur = pcur->next;
}
return NULL;
}
// 在 pos 之后插入数据:头插法实现逻辑一样
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
// 创建新节点
LTNode* newNode = LTCreatNode(x);
// 三者关系:pos newNode pso->next (定为Next);
LTNode* Next = pos->next;
newNode->next = Next;
newNode->prev = pos;
Next->prev = newNode;
pos->next = newNode;
}
// 尾删法:记得双链表的找尾 不像 单链表需要循环去找尾
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
assert(phead);
assert(phead->next != phead);// 链表不能只有 哨兵位 (删除的接口 都要断言这条)
// 三者关系:ptail->prev ptail head
LTNode* ptail = phead->prev;
ptail->prev->next = phead;
phead->prev = ptail->prev;
free(ptail);
ptail = NULL;
}
// 头删法
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
assert(phead);
assert(phead->next != phead); // 链表不能只有 哨兵位 (删除的接口 都要断言这条)
// 三者关系:phead phead->next phead->next->next(命名为pSecond)
LTNode* pFirst = phead->next; // 要被删除的 第一个节点 一定要先保存下来!!
LTNode* pSecond = pFirst->next;
pSecond->prev = phead;
phead->next = pSecond;
free(pFirst);
pFirst = NULL;
}
// 删除 pos 位置节点
void LTErase(LTNode* pos)
{
assert(pos);
// 关系三个节点:pos->prev pos pos->next
LTNode* Prev = pos->prev; // pos 的前一个
LTNode* Next = pos->next; // pos 的下一个
Next->prev = Prev;
Prev->next = Next;
free(pos);
pos = NULL;
}
// 销毁
void LTDestory(LTNode* phead)
{
assert(phead);
// 先全部删除有效节点,后删除头节点
LTNode* pcur = phead->next;
while (pcur != phead)
{
LTNode* Next = pcur->next;
free(pcur);
pcur = Next;
}
// 最后释放掉 形参的指针:这里不是释放 哨兵位
free(phead);
phead = NULL;
}
test.c
#include"List.h"
void LTTest()
{
// 创建哨兵位
LTNode* head = LTInit(); // 这里直接用 head 代表哨兵位:更直观一点,和 前面讲解用的 plist 是一样的
// 尾插法
LTPushBack(head, 1);
LTPushBack(head, 2);
LTPushBack(head, 3);
LTPushBack(head, 4); // 1 -> 2 -> 3 -> 4 ->
printf("测试尾插:");
LTPrint(head);
// 头插法
LTPushFront(head, 5);
LTPushFront(head, 6);// 6 -> 5 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 ->
printf("测试头插:");
LTPrint(head);
// 查找
//LTFind(head, 1);
// 在 pos 之后插入数据:头插法实现逻辑一样
LTNode* FindRet1 = LTFind(head, 1);
LTInsert(FindRet1, 100);
LTNode* FindRet2 = LTFind(head, 2);
LTInsert(FindRet2, 200); // 6 -> 5 -> 1 -> 100 -> 2 -> 200 -> 3 -> 4 ->
printf("测试pos 之后插入:");
LTPrint(head);
// 头删法
LTPopFront(head);
LTPopFront(head); // 1 -> 100 -> 2 -> 200 -> 3 -> 4 ->
printf("测试头删:");
LTPrint(head);
// 尾删法:记得双链表的找尾 不像 单链表需要循环去找尾
LTPopBack(head);
LTPopBack(head); // 1 -> 100 -> 2 -> 200 ->
printf("测试尾删:");
LTPrint(head);
// 删除 pos 位置节点
LTNode* FindRet3 = LTFind(head, 1);
LTErase(FindRet3); // 100 -> 2 -> 200 ->
printf("测试删除 pos 位置节点:");
LTPrint(head);
// 双链表的 销毁:这里就不演示销毁了
//LTDesTroy(head);
//head= NULL; //哨兵位 需要手动 置为NULL
}
int main()
{
LTTest();
return 0;
}
三. 顺序表和双向链表的优缺点分析
不同点 |
顺序表 |
链表(单链表) |
存储空间上 |
物理上⼀定连续 |
逻辑上连续,但物理上不⼀定连续 |
随机访问 |
支持O(1) |
不支持:O(N) |
任意位置插⼊或者删除元素 |
可能需要搬移元素,效率低O(N) |
只需修改指针指向 |
插入 |
动态顺序表,空间不够时需要扩容 |
没有容量的概念 |
应用场景 |
元素高效存储+频繁访问 |
任意位置插⼊和删除频繁 |
完。文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-829173.html
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