详解双向链表的基本操作(C语言)

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1.双向链表的定义

上一节学习了单向链表[单链表详解]。今天学习双链表。学习之前先对单向链表和双向链表做个回顾。
单向链表特点：
  1.我们可以轻松的到达下一个节点, 但是回到前一个节点是很难的.
  2.只能从头遍历到尾或者从尾遍历到头(一般从头到尾)
双向链表特点
  1.每次在插入或删除某个节点时, 需要处理四个节点的引用, 而不是两个. 实现起来要困难一些
  2.相对于单向链表, 必然占用内存空间更大一些.
  3.既可以从头遍历到尾, 又可以从尾遍历到头
双向链表的定义:
  双向链表也叫双链表，是链表的一种，它的每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。下图为双向链表的结构图。

  从上中可以看到，双向链表中各节点包含以下 3 部分信息：
  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；

双向循环链表的定义:
  双向链表也可以进行首尾连接，构成双向循环链表,如下图所示
在创建链表时，只需要在最后将收尾相连即可（创建链表代码中已经标出）。其他代码稍加改动即可。

双链表的节点结构用 C 语言实现为：

/*随机数的范围*/
#define MAX 100
/*节点结构*/
typedef struct Node{
    struct Node *pre;
    int data;
    struct Node *next;
}Node;

2.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：
  将新节点的 prior 指针指向直接前驱节点；
  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* CreatList(Node * head,int length)
{
    if (length == 1)
    {
        
        return( head = CreatNode(head));
    }
    else
    {
        head = CreatNode(head);
        Node * list=head;
        for (int i=1; ipre=NULL;
            body->next=NULL;
            body->data=rand()%MAX;
			/*直接前趋结点的next指针指向新结点*/
            list->next=body;
            /*新结点指向直接前趋结点*/
            body->pre=list;
            /*把body指针给list返回*/
            list=list->next;
        }
         
    }
    /*加上以下两句就是双向循环链表*/
    // list->next=head;
    // head->prior=list;
    return head;
}

3.双向链表的插入

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：
1.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：
  temp->next=head; head->prior=temp;
  将 head 移至 temp，重新指向新的表头；
  将新元素 7 添加至双链表的表头，则实现过程如下图所示：

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

3.添加至表尾
  与添加到表头是一个道理，实现过程如下：
  找到双链表中最后一个节点；
  让新节点与最后一个节点进行双层逻辑关系；

/*在第add位置的前面插入data节点*/
Node * InsertListHead(Node * head,int add,int data)
{
    /*新建数据域为data的结点*/
    Node * temp=(Node*)malloc(sizeof(Node));
    if(head == NULL)
    {
        printf("malloc error!\r\n");
        return NULL;
    }    
    else
    {
        temp->data=data;
        temp->pre=NULL;
        temp->next=NULL; 
    }
    /*插入到链表头，要特殊考虑*/
    if (add==1)
    {
        temp->next=head;
        head->pre=temp;
        head=temp;
    }
    else
    {
        Node * body=head;
        /*找到要插入位置的前一个结点*/
        for (int i=1; inext;
        }
        /*判断条件为真，说明插入位置为链表尾*/
        if (body->next==NULL)
        {
            body->next=temp;
            temp->pre=body;
        }
        else
        {
            body->next->pre=temp;
            temp->next=body->next;
            body->next=temp;
            temp->pre=body;
        }
    }
    return head;
}

```c
/*在第add位置的后面插入data节点*/
Node * InsertListEnd(Node * head,int add,int data)
{
    int i = 1;
    /*新建数据域为data的结点*/
    Node * temp=(Node*)malloc(sizeof(Node));
    temp->data=data;
    temp->pre=NULL;
    temp->next=NULL;

    Node * body=head;
    while ((body->next)&&(inext;
        i++;
    }
    
    /*判断条件为真，说明插入位置为链表尾*/
    if (body->next==NULL)
    {
        body->next=temp;
        temp->pre=body;
        temp->next=NULL;
    }
    else
    {
        temp->next=body->pre->next;
        temp->pre=body->pre;
        temp->pre=body->pre;
        body->pre->next=temp;

    }

    return head;
}

4.双向链表的删除

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，删除元素 2 的操作过程如图 所示：

Node * DeleteList(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) 
        {
            /*判断是否是头结点*/
            if(temp->pre == NULL)
            {
                head=temp->next;
                temp->next = NULL;
                free(temp);
                return head;
            }
            /*判断是否是尾节点*/
            else if(temp->next == NULL)
            {
                temp->pre->next=NULL;
                free(temp);
                return head;
            }
            else
            {
                temp->pre->next=temp->next;
                temp->next->pre=temp->pre;
                free(temp);
                return head;   
            }
            

        }
        temp=temp->next;
    }
    printf("Can not find %d!\r\n",data);
    return head;
}

5.双向链表更改节点数据

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。

/*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 *ModifyList(Node * p,int add,int newElem)
{
    Node * temp=p;
    /*遍历到被删除结点*/
    for (int i=1; inext;
    }
    temp->data=newElem;
    return p;
}

6.双向链表的查找

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。

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

7.双向链表的打印

/*输出链表的功能函数*/
void PrintList(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\n",temp->data);
        }
        else
        {
            printf("%d->",temp->data);
        }
        temp=temp->next;
    }
}

8.测试函数及结果

int main() 
{
    Node * head=NULL;
    //创建双链表
    head=CreatList(head,5);
    printf("新创建双链表为\t");
    PrintList(head);
    //在表中第 5 的位置插入元素 1
    head=InsertListHead(head, 5,1);
    printf("在表中第 5 的位置插入元素 1\t");
    PrintList(head);
    //在表中第 3 的位置插入元素 7
    head=InsertListEnd(head, 3, 7);
    printf("在表中第 3 的位置插入元素 7\t");
    PrintList(head);
    // //表中删除元素 7
    head=DeleteList(head, 7);
    printf("表中删除元素 7\t\t\t");
    PrintList(head);
    printf("元素 1 的位置是\t：%d\n",FindList(head,1));
    //表中第 3 个节点中的数据改为存储 6
    head = ModifyList(head,3,6);
    printf("表中第 3 个节点中的数据改为存储6\t");
    PrintList(head);
    return 0;
}

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