双向链表中的节点交换问题

Question

我正在尝试使用 C 交换双向链表中的两个节点。如果我传入一些值，例如列表的头部和尾部，以及介于两者之间的一些值，它就可以工作。然而，在其他人身上，一个人的价值似乎被另一个人覆盖，我陷入了一个循环。

节点/列表：

struct node //node for linked list
{
    unsigned long int *id;
    char *firstname, *lastname, *department;
    float *gpa;
    struct node *next, *prev;
};
struct linked_list //doubly linked_list data structure
{
    struct node *head, *tail;
};

我可以成功将节点添加到列表中，并将尾部移动到新添加的节点。

void *add_node(struct node **tail, unsigned long int *id, char *first, char *last, char *dept, float *gpa) //create a node, add to tail
{
    struct node *newStudent = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
    newStudent->firstname = (char*)malloc(strlen(first)+1);
    newStudent->lastname = (char*)malloc(strlen(last)+1);
    newStudent->department = (char*)malloc(strlen(dept)+1);
    newStudent->id = (unsigned long int*)malloc(sizeof(unsigned long int));
    newStudent->gpa = (float*)malloc(sizeof(float));

    *(newStudent->id) = *id;
    *(newStudent->gpa) = *gpa;

    strcpy(newStudent->firstname, first);
    strcpy(newStudent->lastname, last);
    strcpy(newStudent->department, dept);

    newStudent->next = NULL;
    if(tail) //not the first node in the list
    {
        newStudent->prev = *tail;
        (*tail)->next = newStudent;
        *tail = newStudent;
    }
    else //head of the list
        return newStudent;
}

最后，我的交换函数：

void *_swap(struct node **x, struct node **y, struct linked_list **list)
{
    struct node *temp = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
    memcpy(temp, *x, sizeof(struct node));

    if( (*y)->prev ) /// if y has a previous...
    {
        (*x)->prev = (*y)->prev;
        (*y)->prev->next = *x;
    }
    else
        (*x)->prev = NULL;

    if( (*y)->next )  /// if y has a next...
    {
        (*x)->next = (*y)->next;
        (*y)->next->prev = *x;
    }
    else
        (*x)->next = NULL;

    if( temp->prev) /// if original x has a previous...
    {
        (*y)->prev = temp->prev;
        temp->prev->next = *y;
    }
    else
        (*y)->prev = NULL;

    if(temp->next) /// if original x has a next...
    {
        (*y)->next = temp->next;
        temp->next->prev = *y;
    }
    else
    (*y)->next = NULL;

    free(temp);

    if((*list)->head == *x && (*list)->tail == *y)
    {
        (*list)->head = *y;
        (*list)->tail=*x;
    }
    else if((*list)->head == *y && (*list)->tail == *x)
    {
        (*list)->head = *x;
        (*list)->tail=*y;
    }
    else if((*list)->head == *x)
        (*list)->head = *y;
    else if((*list)->head == *y)
        (*list)->head = *x;
    else if((*list)->tail == *x)
        (*list)->tail = *y;
    else if((*list)->tail == *y)
        (*list)->tail = *x;

    printf("%s %s %s %s %s\n\n\n\n", (*list)->head->firstname, (*list)->head->next->firstname, (*list)->head->next->next->firstname, (*list)->head->next->next->next->firstname, (*list)->head->next->next->next->next->firstname);
}

当我调用类似 temp->next->prev = *y; 在这种情况下，它有时似乎会覆盖 x 的值，而不是简单地将linked_list 指针重新分配给 y。

我能够很好地建立我的列表：

struct linked_list *list = (struct linked_list*)malloc(sizeof(struct linked_list));
list->head = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
list->tail = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
unsigned long int *id = malloc(sizeof(unsigned long int));
*id = 343232;
float gpa = 3.2;
list->head = add_node(NULL, id, "Matthew", "D", "CECS", &gpa);
list->tail = list->head;

add_node(&(list->tail), id, "John", "X", "PNY", &gpa);
add_node(&(list->tail), id, "Rebecca", "H", "ECE", &gpa);

Answer 1

你的代码中有很多东西会跳出来。

• 你分配了很多东西，通常是不必要的和无用的。正如 rcgldr 所指出的，交换函数不应分配新节点。毕竟，列表由相同的节点组成，只是在交换后顺序不同。没有新节点。

• 您的“客户端代码”，即使用链表函数的函数，在您的示例中可能是 main，不应显式分配内存。它也不应该手动填充节点。它应该只调用add_node 和delete_node，您还应该对其进行编码以释放所有分配的内存。

• 在您的情况下，无需将指针传递给指针。将指针传递给节点和列表结构就足够了。这允许您更改结构的字段。指向 struct 的指针只有在您想更改 struct 句柄本身时才有意义，例如通过重新分配它，但您不这样做。 （指向指针的指针通常用于单链表，其中头不存储在结构中。即使在那里，将单指针包装在结构中也可能很有用，这样就不需要指向指针的指针.)

• 所有逻辑都应该发生在你的函数内部。不要修改'main'中的next和prev指针；这就是功能的用途。当你调用一个函数并从它返回时，某些“不变量”应该成立，例如：

  • 当列表为空时，head 和tail 都是NULL。
  • 否则head指向第一个节点； ´head->previsNULL. Thetailpoints to the last node; ´tail->next 是NULL。
  • 当一个节点nd有前一个节点时，那么nd->prev->next == nd。
  • 同样，当一个节点nd有下一个节点时，那么nd->next->prev == nd。

  您甚至可以编写一个健全性检查函数来在函数进入和退出时强制执行这些不变量。

• 您为所有字段分配数据。内存分配对字符串有意义，字符串是您事先不知道长度的字符数组。这对于标量变量id 和gpa 没有意义。您可以将它们声明为非指针并分配给它们。 （分配内存并通过指针访问并没有错，但直接访问要简单得多。）

• 您的某些函数返回 void *，即 void 指针。那不是你想要的。您的函数应该是void，即没有返回值，或者它们应该返回指向节点的指针。 （void 指针是一种合法的数据类型，它指的是指向任何数据类型的指针，不能取消引用。它用于qsort 等泛型函数中，不应在您的代码中使用。您不是在写通用函数，但用于具体链表的函数。）

您可以将交换视为删除节点并在它们各自的旧前辈之后重新插入它们。您仍然需要注意捕捉节点相邻的情况。

这是一个尝试尊重我上面提到的要点的示例实现：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

typedef unsigned long int ulong;

struct node
{
    ulong id;
    char *name;
    float gpa;
    struct node *next;
    struct node *prev;
};

struct list
{
    struct node *head;
    struct node *tail;
};



/*
 *      Create a new, unconnected node
 */
struct node *node_new(ulong id, const char *name, float gpa)
{
    struct node *node = malloc(sizeof(*node));  // Error checking!

    node->prev = NULL;
    node->next = NULL;
    node->id = id;
    node->gpa = gpa;

    node->name = malloc(strlen(name) + 1);
    strcpy(node->name, name);

    return node;
}

/*
 *      Create a list
 */
struct list *list_new()
{
    struct list *list = malloc(sizeof(*list));  // Error checking!

    list->head = list->tail = NULL;
    return list;
}

/*
 *      Add a student to list
 */
struct node *list_add(struct list *list,
    ulong id, const char *name, float gpa)
{
    struct node *node = node_new(id, name, gpa);

    node->prev = list->tail;
    if (list->tail == NULL) {
        list->head = list->tail = node;
    } else {
        list->tail->next = node;
        list->tail = node;
    }

    return node;
}

/*
 *      Delete a node from the list.
 */
void list_delete(struct list *list, struct node *node)
{
    if (node->prev) node->prev->next = node->next;
    else list->head = node->next;

    if (node->next) node->next->prev = node->prev;
    else list->tail = node->prev;

    free(node->name);
    free(node);
}

/*
 *      Find student by id; return NULL if not found.
 */
struct node *list_find_by_id(const struct list *list, ulong id)
{
    struct node *node = list->head;

    while (node) {
        if (node->id == id) return node;
        node = node->next;
    }

    return NULL;
}

/*
 *      Extract a node without deleting
 */
void list_remove(struct list *list, struct node *node)
{
    if (node->prev) node->prev->next = node->next;
    else list->head = node->next;

    if (node->next) node->next->prev = node->prev;
    else list->tail = node->prev;

    node->prev = node->next = NULL;
}

/*
 *      Insert node after prev or at the front when prev is NULL
 */
void list_insert_after(struct list *list,
    struct node *node, struct node *prev)
{
    if (prev) {
        node->next = prev->next;
        prev->next = node;
    } else {
        node->next = list->head;
        list->head = node;
    }
    node->prev = prev;
    if (node->next) node->next->prev = node;
}

/*
 *      Swap two nodes' positions in the list
 */
void list_swap(struct list *list, struct node *x, struct node *y)
{
    if (x == y) return;

    struct node *xprev = x->prev;
    struct node *yprev = y->prev;

    if (xprev == y) {            
        list_remove(list, x);
        list_insert_after(list, x, yprev);
    } else if (yprev == x) {            
        list_remove(list, y);
        list_insert_after(list, y, xprev);
    } else {
        list_remove(list, x);
        list_remove(list, y);

        list_insert_after(list, x, yprev);
        list_insert_after(list, y, xprev);
    }
}

/*
 *      Print list
 */
void list_print(const struct list *list)
{
    const struct node *node = list->head;

    while (node) {
        printf("%8lu  %-20s  %8.1f\n", node->id, node->name, node->gpa);
        node = node->next;
    }
    printf("\n");
}

/*
 *      Delete a list and all its nodes
 */
void list_destroy(struct list *list)
{
    while (list->head) list_delete(list, list->head);
    free(list);
}

/*
 *      Example client code using the list
 */
int main()
{
    struct list *list = list_new();

    list_add(list, 342232, "Matthew",   3.2);
    list_add(list, 342856, "John",      1.9);
    list_add(list, 342109, "Rebecca",   6.4);
    list_add(list, 342834, "Shirley",   2.6);
    list_add(list, 343009, "Simon",     1.4);
    list_add(list, 342170, "Antonio",   3.5);

    list_print(list);

    struct node *simon = list_find_by_id(list, 343009);
    struct node *becky = list_find_by_id(list, 342109);

    if (simon && becky) {
        list_swap(list, simon, becky);
        list_print(list);
    }

    list_destroy(list);

    return 0;
}