数据结构——双链表（C语言）_双指针构造链表

作者：代码吟游诗人 | 2024-02-02 12:36:23

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双指针构造链表

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上篇文章给大家讲解了无头单向循环链表，它的特点：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。但是呢，单链表在笔试中还是很常见的。
今天我给大家讲解一下带头双向链表，它的特点：结构复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。另外这个结构虽然复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势。

如图，这就是今天我为大家讲解的双链表结构了。下面跟随我的思路走下去，希望让你对链表有新的理解。

双链表的初始化：

今天我给大家带来另一种方式改变链表的结构，如果想了解双指针来改变链表的结构，可以参考参考我的上一篇单链表的博客。
思路：我创建了一个节点，然后把节点赋给了phead，再让它的上一个位置和下一个位置分别指向它自己，最后返回phead就是我们要的哨兵位的头节点了。
ListNode* ListCreate(ListDateType x)
{
	ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
 
	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
 
	return newnode;
}
ListNode* ListInit()
{
	ListNode* phead = ListCreate(0);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
 
	return phead;
}

双链表的打印：

因为要让终端出现下面的样子，我就用到了打印的函数。
首先，还是老套路，我先断言了一下，防止传的参数有问题。
因为这里的phead是一个哨兵位，存放着无效的数据，所以，我就定义了一个cur的节点，用循环打印链表中的所有值，并标明他们的方向。
void ListPrint(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
 
	printf("phead<->");
	ListNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<->", cur->val);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

双链表的尾插：

在双链表尾插的时候，它的优势就体现出来了，如果是单链表，要尾插的话，是只有遍历找尾节点的，但是呢，如果是双向链表，phead的前一个节点就是尾节点，它就不用找尾，也不需要遍历了。这也是双链表的优势之一。
尾插思路：先断言一下，然后用tail保存尾节点，创建一个新节点，然后改变尾节点和头节点链接关系，让newnode为新的尾节点。
void ListPushBack(ListNode* phead,ListDateType x)
{
	assert(phead);
	ListNode* tail = phead->prev;
	ListNode* newnode = ListCreate(x);
 
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
 
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
 
 
}

双链表的头插：

思路：头插的话，就是先保存一下头节点的位置，然后创建一个新节点，然后改变他们的链接关系就可以了。因为我是先保存了它们的位置，所以谁先链接先都可以，如果没有保存的话，要向好逻辑，不要出现找不到头节点的位置了。
void ListPushFront(ListNode* phead, ListDateType x)
{
	assert(phead);
	ListNode* newnode = ListCreate(x);
	ListNode* first = phead->next;
 
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
 
	newnode->next = first;
	first->prev = newnode;
	
}

双链表的尾删：

思路：尾删的话，就要记录一下尾节点的前一个节点了，然后去改变一下phead和尾节点前一个节点的链接关系。
void ListPopBack(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);
 
	ListNode* tail = phead->prev;
	ListNode* tailprev = phead->prev->prev;
	tailprev->next = phead;
	phead->prev = tailprev;
 
	free(tail);
 
}

双链表的头删：

思路：头删的思路，其实和尾删的思路差不多，只不过这里保存的是phead之后的第二个节点了。然后就是改变链接关系。
void ListPopFront(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead != phead->next);
 
	ListNode* first = phead->next;
	ListNode* second = first->next;
 
	phead->next = second;
	second->prev = phead;
 
	free(first);
 
}

双链表pos位置之前的插入：

思路：如果是插入的话，是不是和尾插和头插差不多呢，我在这里是保存的pos之前的节点，然后创建一个新的节点，让pos之前的节点指向新节点，让新节点和pos再建立连接关系。
void ListInsert(ListNode* pos, ListDateType x)
{
	assert(pos);
 
	ListNode* posprev = pos->prev;
	ListNode* newnode = ListCreate(x);
 
	posprev->next = newnode;
	newnode->prev = posprev;
 
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

双链表pos位置的删除：

思路：pos位置要删除的话，保存pos上一个节点和pos下一个节点，然后free掉pos位置，再改变他们的链接关系。
void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);
	ListNode* posprev = pos->prev;
	ListNode* posnext = pos->next;
 
	posprev->next = posnext;
	posnext->prev = posprev;
	
	free(pos);
}

大家看了pos位置的删除和pos之前的插入，是不是感觉和前面的尾插尾删和头插头删差不多呢，其实呢，最后的两个函数是可以进行对函数的复用的。

尾插：其实就是在ListInsert函数传phead就可以了，这样就实现了尾插。
	ListInsert(phead, x);
头插：头插是改变phead之后的位置，所以直接传phead->next就可以了。
	ListInsert(phead->next, x);
头删和尾删：因为我写的删除的函数是删除pos位置，所以传要删除的位置就可以了。
	ListErase(phead->prev);
	ListErase(phead->next);

关于顺序表和链表的区别：

存储空间上：顺序表在物理上是连续的，而链表逻辑上是连续的，而物理上是不一定连续的。
随机访问上：顺序表是支持随机访问的，而链表是不支持的，向要访问链表中的节点，是需要遍历的。
任意位置的插入和删除：在这里链表就有很大的优势了，链表只需要改变指向就可以实现对任意位置的插入和删除。但是对于顺序表，它可能需要搬运元素，效率太低了。
插入：顺序表因为是连续的，所以在插入的上面，可能会有malloc扩容，但是呢malloc是有消耗的，如果一次扩二倍，但是用的不多，就会造成对空间的浪费，如果一次扩的空间是+1，可能局面临着多次扩容，而malloc的消耗并不低，所以这是不可取的。而链表并没有容器的概念，在这方面有优势。
缓存利用率：顺序表的缓存命中率高，而链表低。


#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "DoubleList.h"
 
ListNode* ListCreate(ListDateType x)
{
	ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
 
	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
 
	return newnode;
}
 
ListNode* ListInit()
{
	ListNode* phead = ListCreate(0);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
 
	return phead;
}
 
void ListPrint(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
 
	printf("phead<->");
	ListNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<->", cur->val);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}
 
void ListPushBack(ListNode* phead,ListDateType x)
{
	assert(phead);
	//ListNode* tail = phead->prev;
	//ListNode* newnode = ListCreate(x);
 
	//tail->next = newnode;
	//newnode->prev = tail;
 
	//newnode->next = phead;
	//phead->prev = newnode;
 
	ListInsert(phead, x);
 
}
 
void ListPushFront(ListNode* phead, ListDateType x)
{
	assert(phead);
	//ListNode* newnode = ListCreate(x);
	//ListNode* first = phead->next;
 
	//phead->next = newnode;
	//newnode->prev = phead;
 
	//newnode->next = first;
	//first->prev = newnode;
	
	ListInsert(phead->next, x);
}
 
void ListPopBack(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);
 
	//ListNode* tail = phead->prev;
	//ListNode* tailprev = phead->prev->prev;
	//tailprev->next = phead;
	//phead->prev = tailprev;
 
	//free(tail);
	
	ListErase(phead->prev);
}
 
void ListPopFront(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead != phead->next);
 
	//ListNode* first = phead->next;
	//ListNode* second = first->next;
 
	//phead->next = second;
	//second->prev = phead;
 
	//free(first);
 
	ListErase(phead->next);
}
 
int ListSize(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
 
	int size = 0;
	ListNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		++size;
		cur = cur->next;
	}
 
	return size;
}
 
void ListInsert(ListNode* pos, ListDateType x)
{
	assert(pos);
 
	ListNode* posprev = pos->prev;
	ListNode* newnode = ListCreate(x);
 
	posprev->next = newnode;
	newnode->prev = posprev;
 
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}
 
void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);
	ListNode* posprev = pos->prev;
	ListNode* posnext = pos->next;
 
	posprev->next = posnext;
	posnext->prev = posprev;
	
	free(pos);
}

什么是缓存利用率：

关于“Cache Line” ，缓存是把数据加载到离自己进的位置，对于CPU来说，CPU是一块一块存储的。而这就叫“Chche Line”。

我们所写的程序，其实都是会形成不同的指令，然后让CPU执行，但是呢，CPU执行速度快，内存跟不上，所以CPU一般都是把数据放到缓存中，对于小的字节来说，直接由寄存器来读取，大的字节会用到三级缓存。

简而言之，数据先被读取，然后运算，最后放到主存中，如果没有命令，就继续。

而顺序表呢，它的物理结构是连续的，它可能一开始没有命中，但是一旦缓存命中了，它可能就会被连续命中，所以这也是顺序表缓存利用率高的原因，而链表也是因为他的物理结构，导致缓存利用率低。

下面是双链表的源码：


#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "DoubleList.h"
 
ListNode* ListCreate(ListDateType x)
{
	ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
 
	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
 
	return newnode;
}
 
ListNode* ListInit()
{
	ListNode* phead = ListCreate(0);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
 
	return phead;
}
 
void ListPrint(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
 
	printf("phead<->");
	ListNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<->", cur->val);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}
 
void ListPushBack(ListNode* phead,ListDateType x)
{
	assert(phead);
	//ListNode* tail = phead->prev;
	//ListNode* newnode = ListCreate(x);
 
	//tail->next = newnode;
	//newnode->prev = tail;
 
	//newnode->next = phead;
	//phead->prev = newnode;
 
	ListInsert(phead, x);
 
}
 
void ListPushFront(ListNode* phead, ListDateType x)
{
	assert(phead);
	//ListNode* newnode = ListCreate(x);
	//ListNode* first = phead->next;
 
	//phead->next = newnode;
	//newnode->prev = phead;
 
	//newnode->next = first;
	//first->prev = newnode;
	
	ListInsert(phead->next, x);
}
 
void ListPopBack(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);
 
	//ListNode* tail = phead->prev;
	//ListNode* tailprev = phead->prev->prev;
	//tailprev->next = phead;
	//phead->prev = tailprev;
 
	//free(tail);
	
	ListErase(phead->prev);
}
 
void ListPopFront(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead != phead->next);
 
	//ListNode* first = phead->next;
	//ListNode* second = first->next;
 
	//phead->next = second;
	//second->prev = phead;
 
	//free(first);
 
	ListErase(phead->next);
}
 
int ListSize(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
 
	int size = 0;
	ListNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		++size;
		cur = cur->next;
	}
 
	return size;
}
 
void ListInsert(ListNode* pos, ListDateType x)
{
	assert(pos);
 
	ListNode* posprev = pos->prev;
	ListNode* newnode = ListCreate(x);
 
	posprev->next = newnode;
	newnode->prev = posprev;
 
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}
 
void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);
	ListNode* posprev = pos->prev;
	ListNode* posnext = pos->next;
 
	posprev->next = posnext;
	posnext->prev = posprev;
	
	free(pos);
}


#pragma once
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
 
typedef int ListDateType;
 
typedef struct ListNode
{
	ListDateType val;
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
}ListNode;
 
ListNode* ListCreate(ListDateType x);
void ListPrint(ListNode* phead);
ListNode* ListInit();
void ListPushBack(ListNode* phead,ListDateType x);
void ListPushFront(ListNode* phead, ListDateType x);
void ListPopBack(ListNode* phead);
void ListPopFront(ListNode* phead);
int ListSize(ListNode* phead);
void ListInsert(ListNode* pos, ListDateType x);
void ListErase(ListNode* pos);

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