C语言双向链表的原理与使用操作
时间：2022-08-19 09:51:55 | 栏目：C代码 | 点击：次
一.引入
我们在单链表中，有了next指针，这个指针是用来指向下一个节点的，如果我们需要查找下一个结点的时间复杂度为o(1),如果我们需要查找上一个节点的时候，那么时间复杂度就变为o(n)了，需要从头进行遍历一遍；这时我们就会想：如果可以向前查找就方便了许多，因此我们引入了双向链表。
二.双向链表的定义
双向链表：是在单链表的每个节点中，再设置一个指向前驱结点的指针域。
顾名思义就是链表由单向的变成了双向的，每一个节点由原来的一个指针变为两个指针，一个用来指向直接后继，另一个用来指向直接前驱。
三.双向链表与单链表对比
通过对比可以更好认识二者的联系与区别。
3.1图示对比
单链表：
双向链表：
3.2代码对比
单链表代码如下：
typedef struct Node{ //定义单链表结点类型
int data; //数据域，可以是别的各种数据类型
struct Node *next; //指针域
}LNode, *LinkList;
双向链表代码如下：
typedef struct DulNode{
int data; // 数据域
struct DulNode *prior; // 向前的指针
struct DulNode *next; // 向后的指针
}DulNode,*DuLinkList;
四.双向链表的操作
双向链表是单链表中扩展出来的结构，所以有很多的操作是和单链表相同的，如求长度，查找元素，获取一个元素，这里我们对双向链表进行创建，插入，删除，销毁的一系列操作。
4.1双向链表的创建
双向链表在初始化时，要给首尾两个节点分配内存空间。成功分配后，需要将首节点的prior指针和尾节点的next指针都指向NULL，这是十分关键的一步，因为这是之后用来判断空表的条件。并且当链表为空时，要将首节点的next指向尾节点，尾节点的prior指向首节点。
pElem CreatList(){
pElem head = (pElem)malloc( sizeof(eElem) );
assert( head != NULL ); //进行断言
head->next = head->prior = NULL；//初始化链表指针置空
return head;
}
4.2双向链表的插入
双向链表的插入其实并不复杂，只是在原有单链表的基础上多了连接一个向前的指针而已。但是需要注意的是操作的顺序很重要，不可以写反了。
以下面这个为例，假设存储元素e的结点为s，要实现将结点s插入到结点p和p->next之间
核心代码就只有以下四行：
s->prior=p; //把p赋值给s的前驱
s->next=p->next;// 把p->next赋值给s的后继
p->next->prior=s;// 把s赋值给p->next的前驱
p->next=s; //把s赋值给p的后继
切记顺序不可以记错 在写代码的时候可以将操作步骤画出来，理清实施步骤的顺序。
4.3双向链表的删除
如果将插入操作的原理理解后，那么删除就很好理解了。
删除只需要两个步骤：
核心代码只有三行：
p->prior->next=p->next; //把p->next赋值给p->prior的后继
p->next->prior=p->prior;//把p->prior赋值给p->next的前驱
free(p); //释放结点
4.4双向链表的销毁
销毁一个双向链表的操作同单链表的相似。指针不断向后运动，每运动一个结点，释放上一个结点。
代码如下：
void DestroyList( pElem head ){
pElem tmp;
while( head->next != NULL ){
tmp = head; // 指针不断后移
head = head->next;
free(tmp);
}
free(head);
}
五.总结
双向链表相比于单链表来说，是更复杂一些的，毕竟多了一个prior指针，对于插入和删除需要特别注意这两种操作的核心思想以及操作顺序。另外双向链表，带来了方便，可以有效提高算法的时间性能。
六.全部代码
这里引用一位大佬写的代码，将头插法和尾插法创建表都写了，写的很细节，很清楚大家可以参考一下。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
typedef int status;
typedef int elemtype;
typedef struct node{
elemtype data;
struct node * next;
struct node * prior;
}node;
typedef struct node* dlinklist;
status visit(elemtype c){
printf("%d ",c);
}
/*双向链表初始化*/
status initdlinklist(dlinklist * head,dlinklist * tail){
(*head)=(dlinklist)malloc(sizeof(node));
(*tail)=(dlinklist)malloc(sizeof(node));
if(!(*head)||!(*tail))
return ERROR;
/*这一步很关键*/
(*head)->prior=NULL;
(*tail)->next=NULL;
/*链表为空时让头指向尾*/
(*head)->next=(*tail);
(*tail)->prior=(*head);
}
/*判定是否为空*/
status emptylinklist(dlinklist head,dlinklist tail){
if(head->next==tail)
return TRUE;
else
return FALSE;
}
/*尾插法创建链表*/
status createdlinklisttail(dlinklist head,dlinklist tail,elemtype data){
dlinklist pmove=tail,pinsert;
pinsert=(dlinklist)malloc(sizeof(node));
if(!pinsert)
return ERROR;
pinsert->data=data;
pinsert->next=NULL;
pinsert->prior=NULL;
tail->prior->next=pinsert;
pinsert->prior=tail->prior;
pinsert->next=tail;
tail->prior=pinsert;
}
/*头插法创建链表*/
status createdlinklisthead(dlinklist head,dlinklist tail,elemtype data){
dlinklist pmove=head,qmove=tail,pinsert;
pinsert=(dlinklist)malloc(sizeof(node));
if(!pinsert)
return ERROR;
else{
pinsert->data=data;
pinsert->prior=pmove;
pinsert->next=pmove->next;
pmove->next->prior=pinsert;
pmove->next=pinsert;
}
}
/*正序打印链表*/
status traverselist(dlinklist head,dlinklist tail){
/*dlinklist pmove=head->next;
while(pmove!=tail){
printf("%d ",pmove->data);
pmove=pmove->next;
}
printf("\n");
return OK;*/
dlinklist pmove=head->next;
while(pmove!=tail){
visit(pmove->data);
pmove=pmove->next;
}
printf("\n");
}
/*返回第一个值为data的元素的位序*/
status locateelem(dlinklist head,dlinklist tail,elemtype data){
dlinklist pmove=head->next;
int pos=1;
while(pmove&&pmove->data!=data){
pmove=pmove->next;
pos++;
}
return pos;
}
/*返回表长*/
status listlength(dlinklist head,dlinklist tail){
dlinklist pmove=head->next;
int length=0;
while(pmove!=tail){
pmove=pmove->next;
length++;
}
return length;
}
/*逆序打印链表*/
status inverse(dlinklist head,dlinklist tail){
dlinklist pmove=tail->prior;
while(pmove!=head){
visit(pmove->data);
pmove=pmove->prior;
}
printf("\n");
}
/*删除链表中第pos个位置的元素，并用data返回*/
status deleteelem(dlinklist head,dlinklist tail,int pos,elemtype *data){
int i=1;
dlinklist pmove=head->next;
while(pmove&&i<pos){
pmove=pmove->next;
i++;
}
if(!pmove||i>pos){
printf("输入数据非法\n");
return ERROR;
}
else{
*data=pmove->data;
pmove->next->prior=pmove->prior;
pmove->prior->next=pmove->next;
free(pmove);
}
}
/*在链表尾插入元素*/
status inserttail(dlinklist head,dlinklist tail,elemtype data){
dlinklist pinsert;
pinsert=(dlinklist)malloc(sizeof(node));
pinsert->data=data;
pinsert->next=NULL;
pinsert->prior=NULL;
tail->prior->next=pinsert;
pinsert->prior=tail->prior;
pinsert->next=tail;
tail->prior=pinsert;
return OK;
}
int main(void){
dlinklist head,tail;
int i=0;
elemtype data=0;
initdlinklist(&head,&tail);
if(emptylinklist(head,tail))
printf("链表为空\n");
else
printf("链表不为空\n");
printf("头插法创建链表\n");
for(i=0;i<10;i++){
createdlinklisthead(head,tail,i);
}
traverselist(head,tail);
for(i=0;i<10;i++){
printf("表中值为%d的元素的位置为",i);
printf("%d位\n",locateelem(head,tail,i));
}
printf("表长为%d\n",listlength(head,tail));
printf("逆序打印链表");
inverse(head,tail);
for(i=0;i<10;i++){
deleteelem(head,tail,1,&data);
printf("被删除的元素为%d\n",data);
}
traverselist(head,tail);
if(emptylinklist(head,tail))
printf("链表为空\n");
else
printf("链表不为空\n");
printf("尾插法创建链表\n");
for(i=0;i<10;i++){
//inserttail(head,tail,i);
createdlinklisttail(head,tail,i);
}
traverselist(head,tail);
printf("逆序打印链表");
inverse(head,tail);
}