数据结构学习总结线性表之双向链表

　　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，就需要学习双向链表（简称双链表）。

从名字上理解双向链表，即链表是 "双向" 的，如图 1 所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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，但通常头指针只设置一个，除非实际情况需要。

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）：

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；

　　　　　　　　　　　　　　　　数据结构学习总结线性表之双向链表
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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：

//创建双链表
    line *initLine(line* head) {
        head = (line*)malloc(sizeof(line));//创建链表第一个节点，首元节点
        head->prior = NULL;
        head->next = NULL;
        head->data = 1;
        line* list = head;//声明一个临时节点代替头节点
        for (int i = 2; i <= 3;i++) {
            //创建并初始化一个新节点
            line *body = (line*)malloc(sizeof(line));
            body->prior = NULL;
            body->next = NULL;
            body->data = i;
            list->next = body;//直接前驱节点的next直接指向新节点
            body->prior = list;//新节点直接指向前驱节点
            list = list->next;//指针后移一位
        }
        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<stdlib.h>
#include<stdio.h>
typedef struct line {
    struct line* prior;//指向直接前驱
    int data;
    struct line* next;//指向直接后继
};
//初始化双向链表
line *initLine(line* head);
//输出双链表函数
void display(line *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个节点的直接前驱节是：%d \n",head->next->next->next->prior->data);

    return 0;
}
    //创建双链表
    line *initLine(line* head) {
        head = (line*)malloc(sizeof(line));//创建链表第一个节点，首元节点
        head->prior = NULL;
        head->next = NULL;
        head->data = 1;
        line* list = head;//声明一个临时节点代替头节点
        for (int i = 2; i <= 5; i++) {
            //创建并初始化一个新节点
            line *body = (line*)malloc(sizeof(line));
            body->prior = NULL;
            body->next = NULL;
            body->data = i;
            list->next = body;//直接前驱节点的next直接指向新节点
            body->prior = list;//新节点直接指向前驱节点
            list = list->next;//指针后移一位
        }
        return head;
    }
//显示链表
    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;
        }
    }

View Code

程序运行结果：

数据结构学习总结线性表之双向链表

双向循环链表

图 1 所示：

　　　　　　　　数据结构学习总结线性表之双向链表
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图 1 双向链表示意图

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：

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；

例如，将新元素 7 添加至双链表的表头，则实现过程如图 2 所示：