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社区首页 >专栏 >数据结构与算法——双向链表

数据结构与算法——双向链表

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我不是呆头
发布2025-12-20 10:14:28
发布2025-12-20 10:14:28
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定义

链表分类

单向和双向

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带头和不带头

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带头是指存在一个头结点(哨兵位),但是不存储任何有效数据,用来占位子 注意:单链表是不带头的,方便理解,有时候称为第一个结点为头结点,实际上是没有头结点的

循环和不循环

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双向链表:带头双向循环链表

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组成:保存的数据 + 指向下一个结点的指针 + 指向上一个节点的指针

单链表为空时,指向第一个节点的指针为空,双链表为空时,链表中只有一个头结点

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初始化

法一:定义一个双向链表的结构体,然后将指向双向链表的指针plist作为形参开始初始化然后返回

法二:通过函数的返回值来返回

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函数的声明
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//结构的定义
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode {
	LTDataType data;
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
}LTNode;

//初始化(法一)
void LTInit(LTNode** pphead);
//法二:
//LTNode* LTInit();
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函数的实现
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#include"List.h"

//申请空间
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = newnode->prev = newnode;

	return newnode;
}

//初始化(法一)
void LTInit(LTNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	*pphead = LTBuyNode(-1);
}

/*法二
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = LTBuyNode(-1);
	return phead;//返回双向链表的头结点
}*/
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函数的测试
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#include"List.h"

void test01()
{  //法一:
	LTNode* plist = NULL;//单链表为空时,指向第一个节点的指针为空
	                     //双链表为空时,链表中只有一个头结点!
	LTInit(&plist);
	/*法二:
	LTNode* plist = LTInit();
	*/
}

int main()
{
	test01();
	return 0;
}

法一:相当于你提着一个空的油桶(一个形参)去买油,然后给你装满油; 法二:相当于你空手去买油,然后连油带桶给你(推荐这种)。

打印

单链表的打印是从第一个结点开始往后遍历,且第一个结点不能为空while(pcur),但是双链表的第一个结点(哨兵位)就不储存数据,所以当还是用相同的办法会陷入死循环,如何解决? 将哨兵位的下一个结点定为pcur,向后遍历,停止的标志为pcur = phead

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//打印
void LTPrint(LTNode* phead)
{
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead) //将哨兵位的下一个结点定为pcur,向后遍历,停止的标志为pcur = phead
	{
		printf("%d -> ", pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}

尾插

双向链表中尾插,头结点不会发生改变(哨兵位),所以传一级指针。

phead指向链表的第一个结点,通过phead->prev找到尾结点,然后申请一个新结点(newnode),当尾插进来,受到影响的指针有“尾结点的next指针不再指向头结点,而是指向newnode;头结点的prev指针不再指向尾结点,而是指向newnode”,最后newnode的next指针指向头结点。

但是修改的顺序是?先修改对原链表没有影响的结点,因为先修改头结点的prev指针指向newnode后你就找不到原来的尾结点了;通常一般先改变newnodeprev和next指针,最后改头结点受到影响的。

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//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
	newnode->prev = phead->prev;
	newnode->next = phead;

	phead->prev->next= newnode;

	phead->prev = newnode;
}

头插

newnode放在哨兵位的后面,如果放在哨兵位的前面则相当于尾插。

phead指向链表的第一个结点,通过phead->next找到哨兵位下一个结点,然后申请一个新结点(newnode),当头插进来,受到影响的指针有“头结点的next指针不再指向哨兵位下一个结点,而是指向newnode;哨兵位下一个结点的prev指针不再指向头结点,而是指向newnode”,最后newnode的next指针指向头结点。

但是修改的顺序是?先修改对原链表没有影响的结点,因为先修改头结点的next指针指向newnode后你就找不到原来哨兵位下一个结点了;通常一般先改变newnodeprev和next指针,最后改头结点受到影响的。

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//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
	newnode->next = phead->next;
	newnode->prev = phead;

	phead->next->prev = newnode;

	phead->next = newnode;
}

尾删

删除phead->prev指针,思考能不能直接释放掉? 如果直接释放掉,phead->prev和phead->prev->prev->next均会变成野指针,所以要先将phead->prev->prev->next指向头结点,然后将头结点的prev指针指向phead->prev->prev->next。删除之前要将此结点存起来del = phead->prev,执行完上述操作后释放掉,并且置位空。

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//判断链表是否为空:只有一个头结点,记得在头文件声明
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return phead->next == phead;
} // 返回true为空,反回flase不为空

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* del = phead->prev;

	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;

	free(del);
	del = NULL;
}

头删

删除phead->next指针,先将del->next->prev指向头结点,然后将头结点的next指针指向del->next。删除之前要将此结点存起来del = phead->next,执行完上述操作后释放掉,并且置位空。

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//判断链表是否为空:只有一个头结点
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return phead->next == phead;
} // 返回true为空,反回flase不为空

//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* del = phead->next;

	del->next->prev = phead;
	phead->next = del->next;

	free(del);
	del = NULL;

}
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以上时间复杂度全是O(1),不需要遍历

查找

定义一个pcur为phead的next结点,然后进行遍历查找,找到了就返回查找的值,没有找到就返回空,循环的条件是pcur不走到头结点。

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//查找,记得添加到头文件
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		if (pcur->data == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;
}

在pos(指定位置)之后插入结点

先修改对原链表没有影响的结点 受到影响的结点:pos,pos->next这两个结点 还是先改newnode指针的指向,然后改pos->next指向的结点,最后改pos结点

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//在pos位置后插入结点
void LTInsertBack(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);

	newnode->next = pos->next;
	newnode->prev = pos;

	pos->next->prev = newnode;
	pos->next = newnode;
}

在pos(指定位置)之前插入结点

先修改对原链表没有影响的结点 受到影响的结点:pos,pos->prev这两个结点 还是先改newnode指针的指向,然后改pos->prev指向的结点,最后改pos结点

代码语言:javascript
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//在pos位置前插入结点
void LTInsertFront(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	LTNode* newnode = LTBuyNode(x);

	newnode->next = pos;
	newnode->prev = pos->prev;

	pos->prev->next = newnode;
	pos->prev = newnode;
}

删除pos(指定位置)的结点

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//删除pos位置的结点
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	pos->next->prev = pos->prev;
	pos->prev->next = pos->next;

	free(pos);
	pos = NULL;
}

销毁

定义一个pcur指向头结点的下一个结点的地址,当pcur不等于头结点(哨兵位)时,进入循环,将pcur的下一个结点先保存下来,然后销毁pcur,然后让pcur走到刚刚保存的下一个结点,就这样进行遍历,最后销毁完全部后在手动销毁头结点并且置位空。

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//链表的销毁,因为形参会影响实参,所以传二级指针
void LTDestroy(LTNode** pphead)
{
	LTNode* pcur = (*pphead)->next;
	while (pcur != *pphead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	free(*pphead);
	*pphead = NULL;
}
代码语言:javascript
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void test01()
{
	LTDestroy(&plist);
}

但是这个定义的函数违背了接口一致性?因为其他的所有函数都是传的一级指针,此处传的二级,如何解决?

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void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

因为这样不能改变形参的值,需要手动置空

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void test01()
{
	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

顺序表与链表的分析

对比维度

顺序表

单链表

双向链表

存储结构

物理连续(数组)

节点 + 单向指针

节点 + 前驱/后继双指针

随机访问效率

O(1)

O(n)

O(n)

头插/头删效率

O(n)(需移动元素)

O(1)

O(1)

尾插/尾删效率

O(1)(若预留空间)

O(n)(需遍历)

O(1)(直接访问尾节点)

任意位置插入删除

O(n)

O(n)(需找前驱节点)

O(1)(已知位置时)

空间开销

仅数据

数据 + 1个指针/节点

数据 + 2个指针/节点

内存灵活性

需预分配,可能浪费

动态分配,无浪费

动态分配,无浪费

逆向遍历

支持(但效率同正向)

不支持

支持(O(n))

适用场景

高频访问、数据量稳定

频繁头操作、未知数据量

需要双向操作(如LRU缓存)

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原始发表:2025-09-21,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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