C语言数据结构基础—

C语言数据结构基础——双链表专题

前言

书接上回，双链表便是集齐带头、双向、循环等几乎所有元素的单链表PLUS.

1.初始化、创建双链表

typedef int LTDataType;
typedef struct LTNode {LTDataType data;struct LTNode* next;struct LTNode* prev;
}LTNode;

不同于单链表，此时每个节点应当包含两个指针，一个指向前，一个指向后。

任然将创建节点和初始化双链表封装成两个函数

LTNode* LTBuyNode(LTDataType x) {LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (phead == NULL) {perror("malloc fail!");exit(1);}phead->data = x;phead->next = phead->prev = NULL;
}LTNode* LTInit() {LTNode* phead = LTBuyNode(-1);phead->next = phead;phead->prev = phead;return phead;
}

LTInit步骤中，phead便是我们的哨兵位，可以不予其data赋值，也可以赋予一个不太可能成为数据的值。但是我们需要将他的next指针和prev指针分别指向下一个节点（目前是他自己）和上一个节点（目前也是他自己），这样就形成了双链表的雏形

2.插入接口

2.1尾插

void LTNodePushBack(LTNode* phead,LTDataType x) {assert(phead);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//开始调整各个指针指向phead->next = newnode;
}

请各位稍加思考，开始调整指针的第一句对吗？

错了！我们认为此时的双链表只有一个头结点，所以尾差应该插在哨兵位后面，但我们函数的目的是适用于所有的尾插，这便是惯性思维 带来的错误。写各种功能函数时，提前构思出各种情况固然是好事，但对于我们新手与初学者而言，先在脑海中的普通且简答的情况下写出接口，再根据各个特殊情况调整才更加合适。

那我们还需要遍历链表找尾节点吗？

答案是否定的，由于循环链表的缘故，我们可以从头结点（哨兵位）找到现在的尾节点，也就是phead->prev

void LTNodePushBack(LTNode* phead,LTDataType x) {assert(phead);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);//开始调整各个指针指向newnode->prev = phead->prev;newnode->next = phead;//先修改新节点的元素的指向，此时不会导致任何节点丢失phead->prev->next = newnode;phead->prev = newnode;
}

打印函数封装如下：

void LTNodePrint(LTNode* phead) {assert(phead);LTNode* pcur = phead->next;while (pcur != phead) {printf("%d->", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("\n");
}

不同于前面的单链表，此处我们没有再使用二级指针，原因如下：

当链表中只有哨兵位节点时，我们称链表为空链表，无论如何，我们不应该删除的哨兵位。

所以，不同于单链表，双链表一般情况不需要传二级指针

单链表很多时候设计修改自己的地址，所以需要使用二级指针，而双链表大多数可以直接通过一级指针修改指针指向的内容，不需要使用二级指针。

但比如说，实现删除链表的接口，此时就可以哨兵位的二级指针，因为涉及到修改、删除哨兵位。

不过一级指针也可以使用（只是最后需要手动置NULL），但是可以保证接口一致性，接口一致性能降低客户的使用成本。

再补充一个博主修改双链表指针指向的思路：

1.首先修改要插入节点的本身元素指针的指向。

2.再修改待插入元素的前驱和后驱的指针指向。

2.2头插

头插是在第一个有效节点之前插入数据，而不是在哨兵位之前插入。哨兵位之前插入数据和尾差无异。尾差才是在最后一个有效节点之后插入数据/哨兵位之前插入数据

void LTNodePushInfront(LTNode* phead, LTDataType x) {assert(phead);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);newnode->next = phead->next;newnode->prev = phead;phead->next->prev = newnode;phead->next = newnode;
}

赋值思路依然如上：先给newnode的next和prev赋值，此时这样操作不会影响任何人，再依次改变前驱和后驱节点的指针指向

3.删除接口

3.1尾删

除了断言哨兵位是否为空，还要断言phead->next!=phead(只剩一个哨兵位也叫空链表，不能再进行删除操作)，头删也是这个道理。

void LTNodePopBack(LTNode* phead) {assert(phead);assert(phead != phead->next);LTNode* ptail = phead->prev;ptail->prev->next = phead;phead->prev = ptail -> prev;free(ptail);
}

感觉到指针指向较多怕丢失时，也可以像上面这样定义一个新变量记录地址，也更加容易理解。

3.2头删

同理，为了不造成空间浪费，我们仍然定义一个新变量来记录想删除的第一个有效节点，方便使用free函数。

void LTNodePopInfront(LTNode* phead) {assert(phead);assert(phead != phead->next);phead->next->next->prev = phead;LTNode* del = phead->next;phead->next = phead->next->next;free(del);del = NULL;
}

4.指定位置的操作

4.1查找接口

为了便于获得指定位置的操作的实参，我们实现一个查找函数。

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x) {assert(phead);LTNode* pcur = phead->next;for (; pcur != phead; pcur = pcur->next) {if (pcur->data == x) {return pcur;}}printf("find LTData Failed!");return NULL;
}

4.3指定位置之后插入数据

void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x) {assert(pos);LTNode* newnode = LTBuyNode(x);newnode->prev = pos;newnode->next = pos->next;//先完成newnode的赋值pos->next->prev = newnode;pos->next = newnode;
}

4.4删除指定位置的节点

理不清楚关系就定义新变量，思路一下就简化了

void LTErase(LTNode* pos) {assert(pos);LTNode* prev = pos->prev;LTNode* next = pos->next;prev->next = next;next->prev = prev;free(pos);
}

最后全部的测试的通过了。

5.链表与顺序表的比较和数据结构小结

我们已经学习了两种类型的数据结构，下面进行小结

数据结构是与数据库/文件等价的一门课程，在高校中这两种管理方式也多以单独的课程开放。

那么就我们学习过的顺序表和链表两种结构而言，孰优孰劣呢？

顺序表：

（所谓随机访问并不是真的表示随机，而是说我想访问哪都可以直接访问）

链表（一般不说单链表，而说功能齐全的双链表）

就红字内容，我们再稍微简略的展开说说：

cpu是不会直接从内存中拿取数据的（速度：寄存器>缓存>内存>硬盘），一般情况都是从缓存中拿取数据（数据量小的时候寄存器也可以直接拿数据）。

大部分情况下，如果缓存中有数据,cpu就可以直接“命中”，没有就不命中，先从内存加载到缓存中再命中。

由局部性原理，cpu会一次性的直接去拿一定体量的连续数据（由硬件性质决定）。

而由于顺序表是连续的，比如下图，第一次没能命中，由于已经加载了没有命中的指针所指向的数据及其后面空间的数据，之后都能直接命中，而对于空间不连续的链表，大概率情况下是不会继续命中的，每一次都会经历从内存加载到缓存的过程，降低效率。甚至有可能造成缓存污染，也cpu一次性能装的数据有限，很多有用的数据可能被无效的节点之后的空间挤掉，造成污染。