阅读:0       作者:解学武

双向链表及其创建(C语言)详解

目前我们所学到的链表,无论是动态链表还是静态链表,表中各个节点都只包含一个指针(游标),且都统一指向直接后继节点,这类链表又统称为单向链表单链表

虽然单链表能 100% 存储逻辑关系为 "一对一" 的数据,但在解决某些实际问题时,单链表的执行效率并不高。例如,若实际问题中需要频繁地查找某个结点的前驱结点,使用单链表存储数据显然没有优势,因为单链表的强项是从前往后查找目标元素,不擅长从后往前查找元素。

解决此类问题,可以建立双向链表(简称双链表)。

双向链表是什么

从名字上理解双向链表,即链表是 "双向" 的,如 1 所示:

双向链表结构示意图
图 1 双向链表结构示意图

“双向”指的是各节点之间的逻辑关系是双向的,头指针通常只设置一个。

从图 1 中可以看到,双向链表中各节点包含以下 3 部分信息(如图 2 所示):
  1. 指针域:用于指向当前节点的直接前驱节点;
  2. 数据域:用于存储数据元素。
  3. 指针域:用于指向当前节点的直接后继节点;

双向链表的节点构成
图 2 双向链表的节点构成

因此,双链表的节点结构用 C 语言实现为:
typedef struct line{
    struct line * prior; //指向直接前趋
    int data;
    struct line * next; //指向直接后继
}Line;

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:
Line* initLine(Line* head) {
    Line* list = NULL;
    head = (Line*)malloc(sizeof(Line));//创建链表第一个结点(首元结点)
    head->prior = NULL;
    head->next = NULL;
    head->data = 1;
    list = head;
    for (int i = 2; i <= 5; i++) {
        //创建并初始化一个新结点
        Line* body = (Line*)malloc(sizeof(Line));
        body->prior = NULL;
        body->next = NULL;
        body->data = i;
        //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->prior = list;
        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>
typedef struct line {
    struct line* prior; //指向直接前趋
    int data;
    struct line* next; //指向直接后继
}Line;

Line* initLine(Line* head) {
    int i;
    Line* list = NULL;
    head = (Line*)malloc(sizeof(Line));//创建链表第一个结点(首元结点)
    head->prior = NULL;
    head->next = NULL;
    head->data = 1;
    list = head;
    for (i = 2; i <= 5; i++) {
        //创建并初始化一个新结点
        Line* body = (Line*)malloc(sizeof(Line));
        body->prior = NULL;
        body->next = NULL;
        body->data = i;
        //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->prior = list;
        list = list->next;
    }
    return head;
}
//输出链表中的数据
void display(Line* head) {
    Line* 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;
    }
}
//释放链表中结点占用的空间
void free_line(Line* head) {
    Line* temp = head;
    while (temp) {
        head = head->next;
        free(temp);
        temp = head;
    }
}

int main()
{
    //创建一个头指针
    Line* head = NULL;
    //调用链表创建函数
    head = initLine(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);
    free_line(head);
    return 0;
}
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