C语言实现双向链表

目前我们所学到的链表，无论是动态链表还是静态链表，表中各节点中都只包含一个指针（游标），且都统一指向直接后继节点，通常称这类链表为单向链表（或单链表）。

虽然使用单链表能 100% 解决逻辑关系为 “一对一” 数据的存储问题，但在解决某些特殊问题时，单链表并不是效率最优的存储结构。比如说，如果算法中需要大量地找某指定结点的前趋结点，使用单链表无疑是灾难性的，因为单链表更适合 “从前往后” 找，而 “从后往前” 找并不是它的强项。

为了能够高效率解决类似的问题，本篇文章我们一起来讨论双向链表（简称双链表）。
从名字上理解双向链表，即链表是 “双向” 的,如下图所示：

双向，指的是各节点之间的逻辑关系是双向的，但通常头指针只设置一个，除非实际情况需要。

从上图中可以看到，双向链表中各节点包含以下 3 部分信息（如下图 所示）：

• 指针域 ：用于指向当前节点的直接前驱节点；
• 数据域 ：用于存储数据元素。
• 指针域：用于指向当前节点的直接后继节点；
  
  因此，双链表的节点结构用 C 语言实现为:

typedef struct Node
{
	struct Node * prior;//指向直接前趋
	int data;
	struct Node * next;//指向直接后继
}Node;

双向链表的创建

同单链表相比，双链表仅是各节点多了一个用于指向直接前驱的指针域。因此，我们可以在单链表的基础轻松实现对双链表的创建。

需要注意的是，与单链表不同，双链表创建过程中，每创建一个新节点，都要与其前驱节点建立两次联系，分别是：

1. 将新节点的 prior 指针指向直接前驱节点；
2. 将直接前驱节点的 next 指针指向新节点；

这里给出创建双向链表的 C 语言实现代码：

Node* initNode(Node * head){
	head=(Node*)malloc(sizeof(Node));//创建链表第一个结点（首元结点）
	head->prior=NULL;
	head->next=NULL;
	head->data=1;
	Node * list=head;
	for (int i=2; i<=3; i++) {
		//创建并初始化一个新结点
		Node * body=(Node*)malloc(sizeof(Node));
		body->prior=NULL;
		body->next=NULL;
		body->data=i;
	  
		list->next=body;//直接前趋结点的next指针指向新结点
		body->prior=list;//新结点指向直接前趋结点
		list=list->next;
	}
	return head;
}

我们可以尝试着在 main 函数中输出创建的双链表，C 语言代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//节点结构
typedef struct Node{
	struct Node * prior;
	int data;
	struct Node * next;
}Node;
//双链表的创建函数
Node* initNode(Node * head);
//输出双链表的函数
void display(Node * head);

int main() {
	//创建一个头指针
	Node * head=NULL;
	//调用链表创建函数
	head=initNode(head);
	//输出创建好的链表
	display(head);
	//显示双链表的优点
	printf("链表中第 4 个节点的直接前驱是：%d",head->next->next->next->prior->data);
	return 0;
}
Node* initNode(Node * head){
	//创建一个首元节点，链表的头指针为head
	head=(Node*)malloc(sizeof(Node));
	//对节点进行初始化
	head->prior=NULL;
	head->next=NULL;
	head->data=1;
	//声明一个指向首元节点的指针，方便后期向链表中添加新创建的节点
	Node * list=head;
	for (int i=2; i<=5; i++) {
		//创建新的节点并初始化
		Node * body=(Node*)malloc(sizeof(Node));
		body->prior=NULL;
		body->next=NULL;
		body->data=i;

		//新节点与链表最后一个节点建立关系
		list->next=body;
		body->prior=list;
		//list永远指向链表中最后一个节点
		list=list->next;
	}
	//返回新创建的链表
	return head;
}
void display(Node * head){
	Node * temp=head;
	while (temp) {
		//如果该节点无后继节点，说明此节点是链表的最后一个节点
		if (temp->next==NULL) {
			printf("%d
",temp->data);
		}else{
			printf("%d <-> ",temp->data);
		}
		temp=temp->next;
	}
}

程序运行结果：

1 <-> 2 <-> 3 <-> 4 <-> 5
链表中第 4 个节点的直接前驱是：3

双向链表基本操作

下面继续讨论有关双向链表的一些基本操作，即如何在双向链表中添加、删除、查找或更改数据元素。

创建好的双向链表如下图所示：

双向链表添加节点

根据数据添加到双向链表中的位置不同，可细分为以下 3 种情况：
添加至表头
将新数据元素添加到表头，只需要将该元素与表头元素建立双层逻辑关系即可。

换句话说，假设新元素节点为 temp，表头节点为 head，则需要做以下 2 步操作即可：

1. temp->next=head; head->prior=temp;
2. 将 head 移至 temp，重新指向新的表头；

例如，将新元素 7 添加至双链表的表头，则实现过程如下图 所示：

添加至表的中间位置
同单链表添加数据类似，双向链表中间位置添加数据需要经过以下 2 个步骤，如下图 所示：

1. 新节点先与其直接后继节点建立双层逻辑关系；
2. 新节点的直接前驱节点与之建立双层逻辑关系；

添加至表尾
与添加到表头是一个道理，实现过程如下（如下图 所示）：

1. 找到双链表中最后一个节点；
2. 让新节点与最后一个节点进行双层逻辑关系；

因此，双向链表添加数据的 C 语言代码，参考代码如下：

Node * insertNode(Node * head,int data,int add){
	//新建数据域为data的结点
	Node * temp=(Node*)malloc(sizeof(Node));
	temp->data=data;
	temp->prior=NULL;
	temp->next=NULL;
	//插入到链表头，要特殊考虑
	if (add==1) {
		temp->next=head;
		head->prior=temp;
		head=temp;
	}else{
		Node * body=head;
		//找到要插入位置的前一个结点
		for (int i=1; i<add-1; i++) {
			body=body->next;
		}
		//判断条件为真，说明插入位置为链表尾
		if (body->next==NULL) {
			body->next=temp;
			temp->prior=body;
		}else{
			body->next->prior=temp;
			temp->next=body->next;
			body->next=temp;
			temp->prior=body;
		}
	}
	return head;
}

双向链表删除节点

双链表删除结点时，只需遍历链表找到要删除的结点，然后将该节点从表中摘除即可。
例如，删除上面图中的元素2，如下图所示：
]
双向链表删除节点的 C 语言实现代码如下：

//删除结点的函数，data为要删除结点的数据域的值
Node * delNode(Node * head,int data){
	Node * temp=head;
	//遍历链表
	while (temp) {
		//判断当前结点中数据域和data是否相等，若相等，摘除该结点
		if (temp->data==data) {
			temp->prior->next=temp->next;
			temp->next->prior=temp->prior;
			free(temp);
			return head;
		}
		temp=temp->next;
	}
	printf("链表中无该数据元素");
	return head;
}

双向链表查找节点

通常，双向链表同单链表一样，都仅有一个头指针。因此，双链表查找指定元素的实现同单链表类似，都是从表头依次遍历表中元素。

C 语言实现代码为：

//head为原双链表，elem表示被查找元素
int selectElem(Node * head,int elem){
//新建一个指针t，初始化为头指针 head
	Node * t=head;
	int i=1;
	while (t) {
		if (t->data==elem) {
			return i;
		}
		i++;
		t=t->next;
	}
	//程序执行至此处，表示查找失败
	return -1;
}

双向链表更改节点

更改双链表中指定结点数据域的操作是在查找的基础上完成的。实现过程是：通过遍历找到存储有该数据元素的结点，直接更改其数据域即可。

实现此操作的 C 语言实现代码如下：

//更新函数，其中，add 表示更改结点在双链表中的位置，newElem 为新数据的值
Node *amendElem(Node * p,int add,int newElem){
	Node * temp=p;
	//遍历到被删除结点
	for (int i=1; i<add; i++) {
		temp=temp->next;
	}
	temp->data=newElem;
	return p;
}

基本上写到这里这篇关于C语言实现双向链表的文章就结束了，总的实现代码已经push到github，喜欢的小伙伴欢迎Star！传送门，小编如果有什么写的不好的地方，欢迎大家留言提出来，多多指教，如果还想了解其他语言实现的数据结构的相关算法，欢迎来我的个人博客相逢了解更多哟！明天继续更新C++语言实现双向链表，坚持就是胜利！加油！