C语言双向链表的表示与实现实例详解

1.概述：

C语言中一种更复杂的链表是“双向链表”或“双面链表”。其表中的每个节点有两个连接：一个指向前一个节点，（当这个“连接”为第一个“连接”时，指向空值或者空列表）；而另一个指向下一个节点，（当这个“连接”为最后一个“连接”时，指向空值或者空列表）

一个双向链表有三个整数值: 数值, 向后的节点链接, 向前的节点链接

在一些低级语言中, XOR-linking 提供一种在双向链表中通过用一个词来表示两个链接（前后），我们通常不提倡这种做法。

双向链表也叫双链表。双向链表中不仅有指向后一个节点的指针，还有指向前一个节点的指针。这样可以从任何一个节点访问前一个节点，当然也可以访问后一个节点，以至整个链表。一般是在需要大批量的另外储存数据在链表中的位置的时候用。双向链表也可以配合下面的其他链表的扩展使用。

由于另外储存了指向链表内容的指针，并且可能会修改相邻的节点，有的时候第一个节点可能会被删除或者在之前添加一个新的节点。这时候就要修改指向首个节点的指针。有一种方便的可以消除这种特殊情况的方法是在最后一个节点之后、第一个节点之前储存一个永远不会被删除或者移动的虚拟节点，形成一个下面说的循环链表。这个虚拟节点之后的节点就是真正的第一个节点。这种情况通常可以用这个虚拟节点直接表示这个链表，对于把链表单独的存在数组里的情况，也可以直接用这个数组表示链表并用第0个或者第-1个（如果编译器支持）节点固定的表示这个虚拟节点。

2.程序实现：

/* c2-4.h 线性表的双向链表存储结构 */
 typedef struct DuLNode
 {
   ElemType data;
   struct DuLNode *prior,*next;
 }DuLNode,*DuLinkList;

/* bo2-5.c 双链循环线性表(存储结构由c2-4.h定义)的基本操作(14个) */
 Status InitList(DuLinkList *L)
 { /* 产生空的双向循环链表L */
   *L=(DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode));
   if(*L)
   {
     (*L)->next=(*L)->prior=*L;
     return OK;
   }
   else
     return OVERFLOW;
 }
 Status DestroyList(DuLinkList *L)
 { /* 操作结果：销毁双向循环链表L */
   DuLinkList q,p=(*L)->next; /* p指向第一个结点 */
   while(p!=*L) /* p没到表头 */
   {
     q=p->next;
     free(p);
     p=q;
   }
   free(*L);
   *L=NULL;
   return OK;
 }
 Status ClearList(DuLinkList L) /* 不改变L */
 { /* 初始条件：L已存在。操作结果：将L重置为空表 */
   DuLinkList q,p=L->next; /* p指向第一个结点 */
   while(p!=L) /* p没到表头 */
   {
     q=p->next;
     free(p);
     p=q;
   }
   L->next=L->prior=L; /* 头结点的两个指针域均指向自身 */
   return OK;
 }
 Status ListEmpty(DuLinkList L)
 { /* 初始条件：线性表L已存在。操作结果：若L为空表，则返回TRUE，否则返回FALSE */
   if(L->next==L&&L->prior==L)
     return TRUE;
   else
     return FALSE;
 }
 int ListLength(DuLinkList L)
 { /* 初始条件：L已存在。操作结果：返回L中数据元素个数 */
   int i=0;
   DuLinkList p=L->next; /* p指向第一个结点 */
   while(p!=L) /* p没到表头 */
   {
     i++;
     p=p->next;
   }
   return i;
 }
 Status GetElem(DuLinkList L,int i,ElemType *e)
 { /* 当第i个元素存在时,其值赋给e并返回OK,否则返回ERROR */
   int j=1; /* j为计数器 */
   DuLinkList p=L->next; /* p指向第一个结点 */
   while(p!=L&&j<i) /* 顺指针向后查找,直到p指向第i个元素或p指向头结点 */
   {
     p=p->next;
     j++;
   }
   if(p==L||j>i) /* 第i个元素不存在 */
     return ERROR;
   *e=p->data; /* 取第i个元素 */
   return OK;
 }
 int LocateElem(DuLinkList L,ElemType e,Status(*compare)(ElemType,ElemType))
 { /* 初始条件：L已存在，compare()是数据元素判定函数 */
   /* 操作结果：返回L中第1个与e满足关系compare()的数据元素的位序。 */
   /*           若这样的数据元素不存在，则返回值为0 */
   int i=0;
   DuLinkList p=L->next; /* p指向第1个元素 */
   while(p!=L)
   {
     i++;
     if(compare(p->data,e)) /* 找到这样的数据元素 */
       return i;
     p=p->next;
   }
   return 0;
 }
 Status PriorElem(DuLinkList L,ElemType cur_e,ElemType *pre_e)
 { /* 操作结果：若cur_e是L的数据元素，且不是第一个，则用pre_e返回它的前驱， */
   /*           否则操作失败，pre_e无定义 */
   DuLinkList p=L->next->next; /* p指向第2个元素 */
   while(p!=L) /* p没到表头 */
   {
     if(p->data==cur_e)
     {
       *pre_e=p->prior->data;
       return TRUE;
     }
     p=p->next;
   }
   return FALSE;
 }
 Status NextElem(DuLinkList L,ElemType cur_e,ElemType *next_e)
 { /* 操作结果：若cur_e是L的数据元素，且不是最后一个，则用next_e返回它的后继， */
   /*           否则操作失败，next_e无定义 */
   DuLinkList p=L->next->next; /* p指向第2个元素 */
   while(p!=L) /* p没到表头 */
   {
     if(p->prior->data==cur_e)
     {
       *next_e=p->data;
       return TRUE;
     }
     p=p->next;
   }
   return FALSE;
 }
 DuLinkList GetElemP(DuLinkList L,int i) /* 另加 */
 { /* 在双向链表L中返回第i个元素的位置指针(算法2.18、2.19要调用的函数) */
   int j;
   DuLinkList p=L;
   for(j=1;j<=i;j++)
     p=p->next;
   return p;
 }
 Status ListInsert(DuLinkList L,int i,ElemType e) /* 改进算法2.18 */
 { /* 在带头结点的双链循环线性表L中第i个位置之前插入元素e，i的合法值为1≤i≤表长+1 */
   DuLinkList p,s;
   if(i<1||i>ListLength(L)+1) /* i值不合法 */
     return ERROR;
   p=GetElemP(L,i-1); /* 在L中确定第i-1个元素的位置指针p */
   if(!p) /* p=NULL,即第i-1个元素不存在 */
     return ERROR;
   s=(DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode));
   if(!s)
     return OVERFLOW;
   s->data=e; /* 在第i-1个元素之后插入 */
   s->prior=p;
   s->next=p->next;
   p->next->prior=s;
   p->next=s;
   return OK;
 }
 Status ListDelete(DuLinkList L,int i,ElemType *e) /* 算法2.19 */
 { /* 删除带头结点的双链循环线性表L的第i个元素,i的合法值为1≤i≤表长+1 */
   DuLinkList p;
   if(i<1||i>ListLength(L)) /* i值不合法 */
     return ERROR;
   p=GetElemP(L,i);  /* 在L中确定第i个元素的位置指针p */
   if(!p) /* p=NULL,即第i个元素不存在 */
     return ERROR;
   *e=p->data;
   p->prior->next=p->next;
   p->next->prior=p->prior;
   free(p);
   return OK;
 }
 void ListTraverse(DuLinkList L,void(*visit)(ElemType))
 { /* 由双链循环线性表L的头结点出发,正序对每个数据元素调用函数visit() */
   DuLinkList p=L->next; /* p指向头结点 */
   while(p!=L)
   {
     visit(p->data);
     p=p->next;
   }
   printf("\n");
 }
 void ListTraverseBack(DuLinkList L,void(*visit)(ElemType))
 { /* 由双链循环线性表L的头结点出发,逆序对每个数据元素调用函数visit()。另加 */
   DuLinkList p=L->prior; /* p指向尾结点 */
   while(p!=L)
   {
     visit(p->data);
     p=p->prior;
   }
   printf("\n");
 }