[数据结构 - 第3章] 线性表之双向链表（C语言实现）

一、什么是双向链表？

双向链表（double linked list）是在单链表的每个结点中，再设置一个指向其前驱结点的指针域。所以在双向链表中的结点都有两个指针域，一个指向直接后继，另一个指向直接前驱。

既然单链表也可以有循环链表，那么双向链表当然也可以是循环表。

线性表的双向链表存储结构如下：

typedef int ElemType;
typedef struct DulNode
{
	ElemType data;  //数据域
	DulNode *prior;   //指向前驱结点的指针
	DulNode *next;    //指向后继结点的指针
}DulNode, DulList;

双向链表的循环、带头结点的空链表如下：

非空、循环、带头结点的双向链表如下：

二、双向链表的基本操作

2.1 插入操作

双向链表的插入操作：

实现代码如下：

// 插入元素操作
Status insertList(DulList *pList, int i, const ElemType e)
{
	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}
	// 只能在位置1以及后面插入，所以i至少为1
	if (i < 1)
	{
		printf("i is invalid!\n");
		return FALSE;
	}

	// 找到i位置所在的前一个结点
	Node *front = pList; // 这里是让front与i不同步，始终指向j对应的前一个结点
	for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器，赋值为1，对应front指向的下一个结点，即插入位置结点
	{
		front = front->next;
		if (front == NULL)
		{
			printf("dont find front!\n");
			return FALSE;
		}
	}

	// 创建一个空节点，存放要插入的新元素
	Node *temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (!temp)
	{
		printf("malloc error!\n");
		return FALSE;
	}
	temp->data = e;

	// 插入结点
	temp->prior = front;
	temp->next = front->next;
	// 当空链表第一次插入结点时，此时head->next = NULL，调用NULL->prior会出错
	if (front->next != NULL)
		front->next->prior = temp;
	front->next = temp;

	return TRUE;
}

注意当空链表第一次插入结点的特殊情况。

2.2 删除操作

双向链表的删除操作：

实现代码如下：

// 删除元素操作
Status deleteList(DulList *pList, int i, ElemType *e)
{
	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}
	// 只能删除位置1以及以后的结点
	if (i < 1)
	{
		printf("i is invalid!\n");
		return FALSE;
	}

	// 找到i位置所在的前一个结点
	Node *front = pList; // 这里是让front与i不同步，始终指向j对应的前一个结点
	for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器，赋值为1，对应front指向的下一个结点，即插入位置结点
	{
		front = front->next;
		if (front->next == NULL)
		{
			printf("dont find front!\n");
			return FALSE;
		}
	}

	// 提前保存要删除的结点
	Node *temp = front->next;
	*e = temp->data; // 将要删除结点的数据赋给e

	// 删除结点
	if (front->next->next != NULL) // 删除的不是尾结点，才进入
	{
		front->next->prior = front;
	}
	front->next = front->next->next;

	// 销毁结点
	free(temp);
	temp = NULL;

	return TRUE;
}

注意：当双向链表的空链表第一次插入结点时，或者在尾结点后插入或删除的特殊情况，不需要设置插入位置后一个结点的直接前驱指针，因为此时插入位置的后一个结点为 NULL。

三、完整程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define TRUE 1
#define FALSE 0
typedef int Status; // Status是函数结果状态，成功返回TRUE,失败返回FALSE

typedef int ElemType;
// 双向非循环链表的结构定义
typedef struct Node
{
	ElemType data;  //数据域
	Node *prior;   //指向前驱结点的指针
	Node *next;    //指向后继结点的指针
}Node, DulList;

void initList(DulList **pList); // 初始化链表操作
Status insertList(DulList *pList, int i, const ElemType e); // 插入元素操作
Status deleteList(DulList *pList, int i, ElemType *e); // 删除元素操作
Status getElem(DulList *pList, int i, ElemType *e); // 获取元素操作
Status insertListHead(DulList *pList, const ElemType e); // 头部后插入元素操作
Status insertListTail(DulList *pList, const ElemType e); // 尾部后插入元素操作
Status clearList(DulList *pList); // 清空链表操作
void traverseList(DulList *pList); // 遍历链表操作
int getLength(DulList *pList); // 获取链表长度操作

// 初始化链表操作
void initList(DulList **pList) // 必须使用双重指针，一重指针申请会出错
{
	*pList = (DulList *)malloc(sizeof(Node));
	if (!pList)
	{
		printf("malloc error!\n");
		return;
	}

	(*pList)->data = 0;
	(*pList)->prior = NULL;
	(*pList)->next = NULL;
}

// 插入元素操作
Status insertList(DulList *pList, int i, const ElemType e)
{
	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}
	// 只能在位置1以及后面插入，所以i至少为1
	if (i < 1)
	{
		printf("i is invalid!\n");
		return FALSE;
	}

	// 找到i位置所在的前一个结点
	Node *front = pList; // 这里是让front与i不同步，始终指向j对应的前一个结点
	for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器，赋值为1，对应front指向的下一个结点，即插入位置结点
	{
		front = front->next;
		if (front == NULL)
		{
			printf("dont find front!\n");
			return FALSE;
		}
	}

	// 创建一个空节点，存放要插入的新元素
	Node *temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (!temp)
	{
		printf("malloc error!\n");
		return FALSE;
	}
	temp->data = e;

	// 插入结点
	temp->prior = front;
	temp->next = front->next;
	// 当空链表第一次插入结点时，此时head->next = NULL，调用NULL->prior会出错
	if (front->next != NULL)
		front->next->prior = temp;
	front->next = temp;

	return TRUE;
}

// 删除元素操作
Status deleteList(DulList *pList, int i, ElemType *e)
{
	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}
	// 只能删除位置1以及以后的结点
	if (i < 1)
	{
		printf("i is invalid!\n");
		return FALSE;
	}

	// 找到i位置所在的前一个结点
	Node *front = pList; // 这里是让front与i不同步，始终指向j对应的前一个结点
	for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器，赋值为1，对应front指向的下一个结点，即插入位置结点
	{
		front = front->next;
		if (front->next == NULL)
		{
			printf("dont find front!\n");
			return FALSE;
		}
	}

	// 提前保存要删除的结点
	Node *temp = front->next;
	*e = temp->data; // 将要删除结点的数据赋给e

	// 删除结点
	if (front->next->next != NULL) // 删除的不是尾结点，才进入
	{
		front->next->prior = front;
	}
	front->next = front->next->next;

	// 销毁结点
	free(temp);
	temp = NULL;

	return TRUE;
}

// 获取元素操作
Status getElem(DulList *pList, int i, ElemType *e)
{
	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}
	// 只能获取位置1以及以后的元素
	if (i < 1)
	{
		printf("i is invalid!\n");
		return FALSE;
	}

	// 找到i位置所在的结点
	Node *cur = pList->next; // 这里是让cur指向链表的第1个结点，与j同步
	for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器，赋值为1，对应cur指向结点
	{
		cur = cur->next;
		if (cur == NULL)
		{
			printf("dont find front!\n");
			return FALSE;
		}
	}

	// 取第i个结点的数据
	*e = cur->data;

	return TRUE;
}

// 头部后插入元素操作
Status insertListHead(DulList *plist, const ElemType e)
{
	Node *head;
	Node *temp;

	// 判断链表是否存在
	if (!plist)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return false;
	}

	// 让head指向链表的头结点
	head = plist;

	// 创建存放插入元素的结点
	temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (!temp)
	{
		printf("malloc error!\n");
		return false;
	}
	temp->data = e;

	// 头结点后插入结点
	temp->prior = head;
	temp->next = head->next;
	// 当空链表第一次插入结点时，此时head->next = NULL，调用NULL->prior会出错
	if (head->next != NULL)
		head->next->prior = temp;
	head->next = temp;

	return true;
}

// 尾部后插入元素操作
Status insertListTail(DulList *pList, const ElemType e)
{
	Node *cur;
	Node *temp;

	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}

	// 找到链表尾节点
	cur = pList;
	while (cur->next)
	{
		cur = cur->next;
	}

	// 创建存放插入元素的结点
	temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (!temp)
	{
		printf("malloc error!\n");
		return -1;
	}
	temp->data = e;

	// 尾结点后插入结点
	temp->prior = cur;
	temp->next = cur->next;
	cur->next = temp; // 尾结点的直接后继指针是NULL，所以不用指定NULL的前驱指针

	return TRUE;
}

// 清空链表操作
Status clearList(DulList *pList)
{
	Node *cur; // 当前结点
	Node *temp; // 事先保存下一结点，防止释放当前结点后导致“掉链”

	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}

	cur = pList->next; // 指向第一个结点
	while (cur)
	{
		temp = cur->next; // 事先保存下一结点，防止释放当前结点后导致“掉链”
		free(cur); // 释放当前结点
		cur = temp; // 将下一结点赋给当前结点p
	}
	pList->next = NULL; // 头结点指针域指向空

	return TRUE;
}

// 遍历链表操作
void traverseList(DulList *pList)
{
	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return;
	}

	Node *cur = pList->next;
	while (cur != NULL)
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

// 获取链表长度操作
int getLength(DulList *pList)
{
	Node *cur = pList;
	int length = 0;

	while (cur->next)
	{
		cur = cur->next;
		length++;
	}

	return length;
}

int main()
{
	DulList *pList;

	// 初始化链表
	initList(&pList);
	printf("初始化链表!\n\n");

	// 尾部后插入结点
	printf("尾部后插入元素1、2、3\n\n");
	for (int i = 0; i < 3; i++)
	{
		insertListTail(pList, i+1);
	}

	// 头部后插入元素
	insertListHead(pList, 5);
	printf("头部后插入元素5\n\n");

	// 插入结点
	insertList(pList, 1, 9);
	printf("在位置1插入元素9\n\n");

	// 遍历链表并显示元素操作
	printf("遍历链表：");
	traverseList(pList);
	printf("\n");

	// 删除结点
	int val;
	deleteList(pList, 2, &val);
	printf("删除位置2的结点，删除结点的数据为： %d\n", val);
	printf("\n");

	// 遍历链表并显示元素操作
	printf("遍历链表：");
	traverseList(pList);
	printf("\n");

	// 获得链表长度
	printf("链表长度: %d\n\n", getLength(pList));

	// 销毁链表
	clearList(pList);
	printf("销毁链表\n\n");

	return 0;
}

输出结果如下图所示：

参考：

《大话数据结构 - 第3章》 线性表