数据结构学习笔记(4.线性表之双向链表)

本节知识点：

1.为什么选择双向链表：因为单向链表只能一直指向下一个链表元素，不能获得前一个元素，如果要进行逆序访问操作是极其耗时的，所以引入双向链表。

2.双向链表的结构：在单向链表的基础上增加了一个链表结构pre，如图。

注意：链表第一个元素的前驱pre不是指向头结点head，而是指向NULL，链表尾结点的后继next指向NULL

3.如何将一个单向链表改成双向链表：

   第一步 (改变链表的结构加入前驱)：

struct Str_DLinkList   //每一个链表元素的结构都会包含这个结构  因为当给链表元素强制类型 
{                     //转换成(DLinkListNode* )的时候  其实就是要开始对每个元素中的 DLinkListNode进行赋值了 
	DLinkListNode* next;
	DLinkListNode* pre;
};

   第二步 (改写插入函数)：

   对于一个尾插法，如图：

  

    (1).正常的链表插入操作，代码如下：

for(i=1; ( (i<pos) && (node->next != NULL) ); i++)
{
	node = node->next;
}
/*此处的node是要插入元素的前一个值  Node是要删除的值*/ 
Node -> next = node -> next;
node -> next = Node;

    (2).把刚刚插入的数据的前驱pre跟前一个数据元素相连，代码如下：

Node->pre = node;

    对于一个正常插入，如图：

    (1).正常的链表插入操作，代码如下：

for(i=1; ( (i<pos) && (node->next != NULL) ); i++)
{
	node = node->next;
}
/*此处的node是要插入元素的前一个值  Node是要删除的值*/ 
Node -> next = node -> next;
node -> next = Node;

    (2).先判断是不是尾插法，如果是尾插法，就像上一个情况一样，就不进行这一步的操作了，代码如下：

if(NULL != Node->next) //判断是否为尾插法 如果不是进入如下操作   如果是尾插法  最后一个链表元素不当作NULL的前驱 
{
	Node->next->pre = Node; 
}

   (3).把刚刚插入的数据的前驱pre跟前一个数据元素相连，代码如下：

Node->pre = node;

   对于一个头插法，如图：

     (1).正常的链表插入操作，代码如下：

for(i=1; ( (i<pos) && (node->next != NULL) ); i++)
{
	node = node->next;
}
/*此处的node是要插入元素的前一个值  Node是要删除的值*/ 
Node -> next = node -> next;
node -> next = Node;

     (2).把附近的两个链表的前驱pre都赋值为正确的值，代码如下：

if(NULL != Node->next) //判断是否为尾插法 如果不是进入如下操作   如果是尾插法  最后一个链表元素不当作NULL的前驱 
{
	Node->next->pre = Node; 
}
Node->pre = node;

     (3).如果是头插法，要记得把插入的元素结点的前驱pre赋值为NULL，代码如下：

if( node == (DLinkListNode* )head)  //如果是头插法 就要将第一个链表元素的前驱写成NULL  不然前驱就变成了头节点了 
{
	Node->pre = NULL;
}

    (4).第一次插入链表元素，要把游标指向插入的链表元素，代码如下：

if( 0==lhead->length ) //在第一次插入元素的时候  把游标指向第一次个元素 
{
	lhead->slider = Node;
}

     第三步 (改写删除函数)：

     有三种情况分别是：删除的是第一个结点元素，删除的是最后一个结点元素，删除的是中间结点元素。

     (1).删除第一个结点元素：要注意给下一个结点元素的前驱pre赋值为NULL，不是指向head

     (2).删除最后一个结点元素：要注意不要给next的前驱再赋值了，因为next已经为NULL了。并且此时要把游标往再往前面移动一个位置。代码如下：

DLinkListNode* Del_DLinkListNode(DLinkList* head, int pos)
{
	DLinkListNode* ret = NULL;
	int i = 0;
	list_head* lhead = (list_head* )head;
	if(( NULL != lhead) && (pos > 0) && (pos <= lhead->length))
	{
		DLinkListNode* node = (DLinkListNode* )head;
		for(i=1; i<pos; i++)//执行 pos次   得到的是第pos位置的node  这个方法行不通 
		{                   //因为要想删除第pos位置的node 应该先找到它上一个链表元素 
			node = node->next; //所以这里面i=1 比get函数少执行了一次  得到第pos-1位置的node 
		}
		/*值得注意的是 此处的node是要删除元素的前一个值  ret是要删除的值*/
		ret = node->next;
		node->next = ret->next;	

		if(NULL != ret->next) //判断删除的值是否为最后一个元素 
		{
			ret->next->pre = ret->pre;
			if(node == (DLinkListNode* )head)//判断删除的值是否为第一个元素 
			{
				ret->next->pre =  NULL;
			} 
			if(lhead->slider == ret) //判断删除的节点是否为游标的位置 
			{
				
				lhead->slider = ret->next; 
			} 
		} 
		else
		{
			if(lhead->slider == ret) //判断删除的节点是否为游标的位置 
			{
				
				lhead->slider = ret->pre; 
			}
		}

		lhead->length--;
	}
	return (DLinkListNode*)ret;
}

4.双向链表的快速排序：

对于双向链表进行快速排序的效率还不错，比用冒泡排序好很多~~~~~~~此时对快速排序还不是很理解~~~~~等到有了一定理解再回来想想吧！！！

想要提示的一点是，快排是依赖递归实现的，对于递归是有递归层次限制的(其实也是栈溢出的问题)，所以快排的最坏情况是已经排序好了的情况，所以对一个链表重复进行快排很容易出现栈溢出的问题！！！

本节代码：

DLinkList.c：

/*******************************************************************************************************
文件名：DLinkList.c
头文件：DLinkList.h 
时间： 2013/08/17
作者： Hao
功能:  可以复用 带有增 删 改 查 功能的循环链表
难道： 1.typedef struct Str_DLinkList DLinkListNode;  //这个结构体是链表的真身 
		struct Str_DLinkList   //每一个链表元素的结构都会包含这个结构  因为当给链表元素强制类型 
		{                     //转换成(DLinkListNode* )的时候  其实就是要开始对每个元素中的 DLinkListNode进行赋值了 
			DLinkListNode* next;
		}; 
		这个链表结构在链表元素中起到的作用 是本节的难点 
		2.切记一个问题  就是已经是链表中元素的 千万不要再往链表中添加了 否则链表一定出现无穷的错误 
		3.对于pos值的问题  add、get、del三个函数中 的链表都是 从1开始的到length  0是链表头 
						  在add函数中pos为0的时候是和pos为1的情况是一样的  都是头插法  0~~~~~无穷大 
		                  在get函数中pos为0的时候是获得链表头 地址      0~~~~~length 
						  在del函数中pos为0的时候是无效的 del失败       1~~~~~length 
*******************************************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <malloc.h>
#include "DLinkList.h"

typedef struct str_list_head  //这个是链表头 其实也可以当作一个没有前驱的 链表元素 元素的内容是链表长度 
{
	//DLinkListNode* next;
	DLinkListNode head; //这个参数要特别重视 每一个链表元素结构的第一个参数一定是 DLinkListNode
	                   //因为在寻找链表元素后继的时候 其实就是将链表元素强制类型转换成 DLinkListNode*  然后给next进行赋值 其实就是给 DLinkListNode变量赋值 
	DLinkListNode* slider;
	int length; //链表长度 
}list_head;

/*******************************************************************************************************
函数名： Creat_DLinkListHead
函数功能：创建一个链表的链表头 并给链表头分配空间
参数： void
返回值：ret 成功返回链表头地址  失败返回NULL 
*******************************************************************************************************/
DLinkList* Creat_DLinkListHead(void)
{
	list_head* ret = NULL;
	ret = (list_head* )malloc( sizeof(list_head)*1 );
	if(NULL != ret) //malloc分配成功 
	{
		ret->length = 0;
		//ret -> next = NULL;
		ret->head.next = NULL;
		ret->head.pre = NULL;
		ret->slider = NULL;
	}
	return (DLinkList* )ret; 
}

/*******************************************************************************************************
函数名：Destroy_DLinkListHead
函数功能：释放一个链表头指针 
参数：DLinkList* head 链表头指针 
返回值： ret 释放成功返回1  释放失败返回0 
*******************************************************************************************************/
int Destroy_DLinkListHead(DLinkList* head)
{
	int ret = 0; 
	list_head* lhead = (list_head* )head;
	if( NULL != lhead )
	{
		free(lhead);
		ret = 1;
	}
	return ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名:Get_Length
函数功能：获得链表的长度 
参数: DLinkList* head 链表头指针 
返回值： ret 成功返回链表长度  失败返回0 
*******************************************************************************************************/
int Get_Length(DLinkList* head) 
{
	int ret = 0;
	list_head* lhead = (list_head* )head;
	if( NULL != lhead )
	{
		ret = lhead -> length;
	}	
	return ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名：Clean_DLinkListHead
函数功能：	清空链表 
参数： DLinkList* head 链表头指针 
返回值：ret 成功返回1 失败返回0 
*******************************************************************************************************/
int Clean_DLinkListHead(DLinkList* head) 
{
	int ret = 0;
	list_head* lhead = (list_head* )head;
	if( NULL != lhead )
	{
		lhead->length = 0;
		//lhead -> next = NULL;
		lhead->head.next = NULL;
		lhead->head.pre = NULL;
		lhead->slider = NULL;
		ret = 1;
	}	
	return ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名:Add_DLinkList
函数功能：往链表里面添加一个链表元素 如果pos的值是0(就是链表头)和1(链表的第一元素 链表元素个数是从1开始算的)都是头插法
          pos的值大于链表长度是尾插法  这里面pos值得注意的是 i=1 pos为a的时候 是把链表元素插入第a个元素的位置 
          当i=0 pos为a的时候 是把链表元素插入 第a个元素位置的后面    切忌：这里面0位置是链表头指针 从1开始是链表元素 
参数：   DLinkList* head链表头指针    DLinkListNode* Node插入元素的指针(被强制类型转化成DLinkListNode*)  int pos 插入位置 
         pos的有效值范围是 从0到无穷大  
返回值： ret 插入成功返回1  插入失败返回0 
*******************************************************************************************************/
int Add_DLinkList(DLinkList* head, DLinkListNode* Node, int pos)
{
	int ret = 0;
	int i = 0;
	list_head* lhead = (list_head* )head;
	DLinkListNode* node = (DLinkListNode* )head;
	ret=( NULL != node) && ( NULL != Node) && (pos >= 0);
	if(1 == ret)
	{
		for(i=1; ( (i<pos) && (node->next != NULL) ); i++)
		{
			node = node->next;
		}
		/*此处的node是要插入元素的前一个值  Node是要删除的值*/ 
		Node -> next = node -> next;
		node -> next = Node;
		if(NULL != Node->next) //判断是否为尾插法 如果不是进入如下操作   如果是尾插法  最后一个链表元素不当作NULL的前驱 
		{
			Node->next->pre = Node; 
		}
		Node->pre = node;
		
		if( 0==lhead->length ) //在第一次插入元素的时候  把游标指向第一次个元素 
		{
			lhead->slider = Node;
		}
		if( node == (DLinkListNode* )head)  //如果是头插法 就要将第一个链表元素的前驱写成NULL  不然前驱就变成了头节点了 
		{
			Node->pre = NULL;
		}
		
		lhead -> length++; 
	}
	return ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名：Get_DLinkListNode
函数功能：获得链表中第pos个元素位置的链表元素 链表是从1开始的  0是链表头   pos为0的时候表示get链表头 
参数： DLinkList* head链表头指针    int pos获得链表元素的位置  pos的有效取值范围是 1 到  length  0是链表头 
返回值： DLinkListNode*类型 第pos个链表元素的地址 
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* Get_DLinkListNode(DLinkList* head, int pos)
{
	int ret = 0;
	int i = 0;
	list_head* lhead = (list_head* )head;
	ret=( NULL != lhead) && (pos >= 0) && (pos <= lhead->length);
	if(1 == ret)
	{
		DLinkListNode* node = (DLinkListNode* )head;
		for(i=0; i<pos; i++) //执行 pos次   得到的是第pos位置的node 
		{
			node = node->next;
		}	
		return (DLinkListNode*)node;
	}
	return NULL;
}

/*******************************************************************************************************
函数名：Del_DLinkListNode
函数功能：删除链表中第pos位置的链表元素 
参数： DLinkList* head链表头指针    int pos删除链表元素的位置  pos是删除的链表元素的位置 跟get和add中的
       pos是配套的  有效取值范围依然是 1到 length  在这个函数里面由于不能删除链表头 所以pos为0的时候无效 
返回值： DLinkListNode* ret这个返回值很重要 因为这个删除仅仅是把链表元素踢出了链表 并没有free开辟的内存
         应该通过这个返回的地址free  释放内存
		 删除成功返回 删除链表元素的地址   删除失败返回 NULL 
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* Del_DLinkListNode(DLinkList* head, int pos)
{
	DLinkListNode* ret = NULL;
	int i = 0;
	list_head* lhead = (list_head* )head;
	if(( NULL != lhead) && (pos > 0) && (pos <= lhead->length))
	{
		DLinkListNode* node = (DLinkListNode* )head;
		for(i=1; i<pos; i++)//执行 pos次   得到的是第pos位置的node  这个方法行不通 
		{                   //因为要想删除第pos位置的node 应该先找到它上一个链表元素 
			node = node->next; //所以这里面i=1 比get函数少执行了一次  得到第pos-1位置的node 
		}
		/*值得注意的是 此处的node是要删除元素的前一个值  ret是要删除的值*/
		ret = node->next;
		node->next = ret->next;	

		if(NULL != ret->next) //判断删除的值是否为最后一个元素 
		{
			ret->next->pre = ret->pre;
			if(node == (DLinkListNode* )head)//判断删除的值是否为第一个元素 
			{
				ret->next->pre =  NULL;
			} 
			if(lhead->slider == ret) //判断删除的节点是否为游标的位置 
			{
				
				lhead->slider = ret->next; 
			} 
		} 
		else
		{
			if(lhead->slider == ret) //判断删除的节点是否为游标的位置 
			{
				
				lhead->slider = ret->pre; 
			}
		}

		lhead->length--;
	}
	return (DLinkListNode*)ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名： DLinkList_Slider
函数功能：获得当前游标指向的数据
参数： DLinkList* head
返回值：成功返回 DLinkListNode* ret  失败返回NULL 
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* DLinkList_Slider(DLinkList* head)
{
	DLinkListNode* ret = NULL;
	list_head* lhead = (list_head* )head;
	if( (NULL != lhead)&&(NULL != lhead->slider) )//保证slider是有效的 
	{
		ret = lhead->slider;
	}
	return ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名： DLinkList_Reset
函数功能：重置游标 让游标指向head头节点后面的第一个元素 
参数： DLinkList* head
返回值：成功返回 当前游标的指向DLinkListNode* ret  失败返回NULL 
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* DLinkList_Reset(DLinkList* head)
{
	DLinkListNode* ret = NULL;
	list_head* lhead = (list_head* )head;
	if(NULL != lhead)
	{
		lhead->slider = lhead->head.next;
		ret = lhead->slider;
	}
	return ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名： DLinkList_Next
函数功能：使游标指向下一个元素 
参数： DLinkList* head
返回值：成功返回 前游标的指向DLinkListNode* ret  失败返回NULL 
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* DLinkList_Next(DLinkList* head)
{
	DLinkListNode* ret = NULL;
	list_head* lhead = (list_head* )head;
	if((NULL != lhead)&&(NULL != lhead->slider)) //保证游标是有效的 
	{
		ret = lhead->slider;
		lhead->slider = ret->next; 
	}
	return ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名： DLinkList_Pre
函数功能：使游标指向上一个元素 
参数： DLinkList* head
返回值：成功返回 前游标的指向DLinkListNode* ret  失败返回NULL 
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* DLinkList_Pre(DLinkList* head)
{
	DLinkListNode* ret = NULL;
	list_head* lhead = (list_head* )head;
	if((NULL != lhead)&&(NULL != lhead->slider)) //保证游标是有效的 
	{
		ret = lhead->slider;
		lhead->slider = ret->pre; 
	}
	return ret;
}

/*******************************************************************************************************
函数名： DLinkList_Del
函数功能：删除链表中的某个指定元素 
参数： DLinkList* head   DLinkListNode* node为指定的元素 
返回值：成功返回 删除的链表元素  失败返回NULL 
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* DLinkList_Del(DLinkList* head,DLinkListNode* node)
{	//这个函数主要是用来删除游标的返回值的 
 
	DLinkListNode* ret = NULL;
	list_head* lhead = (list_head* )head;
	int i=0; 
	if((NULL != head)&&(NULL != node))
	{
		DLinkListNode* current = (DLinkListNode*)lhead;
		for(i=1; i<=lhead->length; i++)
		{
			if(node == current->next)
			{
				ret = current->next;
				break; 
			} 
			current = current->next;
		}
		
		if(NULL == ret)  //说明没有找到node 
		{
			printf("put error!!!
"); 
		}
		else //找到了node 
		{
			Del_DLinkListNode(lhead,i); 
			printf("ii%d
",i);
		} 
	}	
	return ret;//返回删除的链表元素 
}

/*****************************************************************************************************************
函数名： partion
函数功能：快速排序的子函数
参数： LinkList* pstHead 链表头  LinkListNode* pstLow 开始排序的头指针  LinkListNode* pstHigh  结束排序的尾指针 
返回值： LinkListNode* partion  返回中值的指针
注意：way_id是比较的数据     data是交换的数据 
*****************************************************************************************************************/ 
DLinkListNode* partion(DLinkList* pstHead, DLinkListNode* pstLow, DLinkListNode* pstHigh)  
{  
		 list* list_pstLow= (list*) pstLow;
		 list* list_pstHigh= (list*) pstHigh;
		 DATA iTmp;  
		 unsigned int pivot = 0;  
		 pivot = list_pstLow->data.way_id;  
		 while ( pstLow != pstHigh )  
		 {  
			  //从后面往前换  
			  while ( (pstLow != pstHigh) && (list_pstHigh->data.way_id >= pivot))  
			  {  
			   		pstHigh = pstHigh->pre; 
			   		list_pstHigh = (list*) pstHigh;
			  }  
			  //交换high low  
			  iTmp = list_pstLow->data;  
			  list_pstLow->data = list_pstHigh->data;  
			  list_pstHigh->data = iTmp;  
			 
			  //从前往后换  
			  while ( pstLow != pstHigh && list_pstLow->data.way_id <= pivot )  
			  {  
			   		pstLow = pstLow->next; 
			   		list_pstLow = (list*)pstLow;
			  }  
			  //交换high low  
			  iTmp = list_pstLow->data;  
			  list_pstLow->data = list_pstHigh->data;  
			  list_pstHigh->data = iTmp;  
		 }  
		 return pstLow;  
}  
/*****************************************************************************************************************
函数名： quick_sort
函数功能：快速排序
参数： LinkList* pstHead 链表头指针 LinkListNode* pstLow 开始排序的头指针 LinkListNode* pstHigh  结束排序的尾指针 
返回值：void  无返回值 
*****************************************************************************************************************/  
void quick_sort(DLinkList* pstHead, DLinkListNode* pstLow, DLinkListNode* pstHigh)  
{  
 	DLinkListNode* pstTmp = NULL;  
 	pstTmp = partion(pstHead, pstLow, pstHigh);  
 	if ( pstLow != pstTmp )  
 	{  
 		 quick_sort(pstHead, pstLow, pstTmp->pre);  
 	}  
	 if ( pstHigh != pstTmp )  
	 {  
	  	quick_sort(pstHead, pstTmp->next, pstHigh);  
	 }  
   
}  

DLinkList.h：

#ifndef __DLinkList_H__
#define __DLinkList_H__

typedef void DLinkList;  //这个是为了 封装方便 
typedef struct Str_DLinkList DLinkListNode;  //这个结构体是链表的真身 
struct Str_DLinkList   //每一个链表元素的结构都会包含这个结构  因为当给链表元素强制类型 
{                     //转换成(DLinkListNode* )的时候  其实就是要开始对每个元素中的 DLinkListNode进行赋值了 
	DLinkListNode* next;
	DLinkListNode* pre;
};
/**************************************如下参数是为了快速排序罗列的****************************************/
typedef struct _tag_DATA
{
	unsigned int data_length;    //dat中前2个字节  表示一条信息的长度  在用多少个字节 
	unsigned int way_id;         //4个字节  表示道路唯一id 
	unsigned int way_name_length;//2个字节  表示道路名称所占字节数 注意：这个不准 
	unsigned int way_data;       //4个字节  表示道路信息  0~3位表示Class番号   4~6位表示岔路数   7位表示有无flag
	unsigned char Class;         //way_data & 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111   0x0f
	unsigned char byroad_num;    //way_data & 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 0000   0x70
	unsigned char flag;          //way_data & 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000   0x80
	char way_name[256];          //data_length-12个字节   表示道路名称 
}DATA;


typedef struct _tag_list
{
	DLinkListNode head; 
	DATA data; 
}list;
/****************************************************************************************/

DLinkList* Creat_DLinkListHead(void);

int Destroy_DLinkListHead(DLinkList* head);

int Get_Length(DLinkList* head);

int Clean_DLinkListHead(DLinkList* head);

int Add_DLinkList(DLinkList* head, DLinkListNode* Node, int pos);

DLinkListNode* Get_DLinkListNode(DLinkList* head, int pos);

DLinkListNode* Del_DLinkListNode(DLinkList* head, int pos); 

DLinkListNode* DLinkList_Slider(DLinkList* head);

DLinkListNode* DLinkList_Reset(DLinkList* head);

DLinkListNode* DLinkList_Next(DLinkList* head);

DLinkListNode* DLinkList_Pre(DLinkList* head);

DLinkListNode* DLinkList_Del(DLinkList* head,DLinkListNode* node);

 
 
#endif

main.c：

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

typedef struct _tag_str
{
	DLinkListNode head;
	int i;
}str;
int main(int argc, char *argv[])
{
	int j = 0;
	DLinkList* list_head;
	list_head = Creat_DLinkListHead();
	str str1,str2,str3,str4,str5,str6,*strp;
	str1.i=1;
	str2.i=2;
	str3.i=3;
	str4.i=4;
	str5.i=5;
	str6.i=6;

	Add_DLinkList(list_head, (DLinkListNode*)&str1,12);
	Add_DLinkList(list_head, (DLinkListNode*)&str2,12);
	Add_DLinkList(list_head, (DLinkListNode*)&str3,12);
	Add_DLinkList(list_head, (DLinkListNode*)&str4,12);
	Add_DLinkList(list_head, (DLinkListNode*)&str5,12);
	
	
//	Add_DLinkList(list_head, (DLinkListNode*)&str6,0);
	for(j=1;j<=Get_Length(list_head);j++)
	{
		strp = (str* )Get_DLinkListNode(list_head, j);
		printf("%d
",strp->i);
	}


	printf("
");
	//DLinkList_Reset(list_head);
	strp = (str* )DLinkList_Slider(list_head);
	printf("%d
",strp->i);
	printf("
");
	for(j=1;j<=Get_Length(list_head)-1;j++)
	{
		DLinkList_Next(list_head);
		strp = (str* )DLinkList_Slider(list_head);
		printf("%d
",strp->i);
	}
	
	DLinkList_Del(list_head,(DLinkListNode*)&str5);
	printf("
");
	
	for(j=1;j<=Get_Length(list_head)-1;j++)
	{
		DLinkList_Pre(list_head);
		strp = (str* )DLinkList_Slider(list_head);
		printf("%d
",strp->i);
	}	

	
	Destroy_DLinkListHead(list_head);
	return 0;
}