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【数据结构】双向链表

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IT编程爱好者
发布2023-04-12 14:08:05
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发布2023-04-12 14:08:05
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文章被收录于专栏:C/C++爱好者

数据结构之双向链表::

List.h

代码语言:javascript
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#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	LTDataType data;
}LTNode;
LTNode* ListInit();
void ListPrint(LTNode* phead);
void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
void ListPopBack(LTNode* phead);
void ListPopFront(LTNode* phead);
bool ListEmpty(LTNode* phead);
size_t ListSize(LTNode* phead);
LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x);
//在pos之前插入
void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//删除pos位置
void ListErase(LTNode* pos);
void ListDestory(LTNode* phead);

List.c

1.创建返回链表的头结点

代码语言:javascript
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LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	node->next = NULL;
	node->prev = NULL;
}

2.双向链表初始化

代码语言:javascript
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LTNode* ListInit()
{
	LTNode* guard = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (guard == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	guard->next = guard;
	guard->prev = guard;
	return guard;
}

3.双向链表打印

代码语言:javascript
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void ListPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	printf("guard<=>");
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<=>", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

4.双向链表销毁

代码语言:javascript
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//可以传二级 内部置空头结点
//建议:也可以考虑使用一级指针 让调用ListDestory的人将其置空 保持接口的一致性
void ListDestory(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(phead);
	//phead = NULL;
}

5.双向链表尾插

代码语言:javascript
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void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* tail = phead->prev;
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

6.双向链表尾删

代码语言:javascript
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void ListPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	//链表为空返回true 取反为假就报错
	assert(!ListEmpty(phead));
	//删掉最后一个结点 哨兵位变成自己指向自己 代码依然成立
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* prev = tail->prev;
	prev->next = phead;
	phead->prev = prev;
	free(tail);
	tail = NULL;
}

7.双向链表头插

代码语言:javascript
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void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	//先链接newnode和phead->next结点之间的关系
	/*LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	newnode->next = phead->next;
	phead->next->prev = newnode;
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;*/
	//不关心先后顺序
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* first = phead->next;
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
	newnode->next = first;
	first->prev = newnode;
}

8.双向链表头删

代码语言:javascript
复制
void ListPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	//链表为空返回true 取反为假就报错
	assert(!ListEmpty(phead));
	//删到剩最后一个结点时 first指向最后一个结点 second指向哨兵位结点 删到最后哨兵位自己指向自己 代码依然成立
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = first->next;
	phead->next = second;
	second->prev = phead;
	free(first);
	first = NULL;
}

9.双向链表查找

代码语言:javascript
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//双向链表的查找可以替代其修改函数
LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

10.双向链表在pos前插入

代码语言:javascript
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//在pos之前插入
void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	//prev newnode pos
	prev->next = newnode;
	newnode->prev = prev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}
//ListInsert(phead,x)代替尾插
//ListInsert(phead->next,x)代替头插

11.双向链表删除pos位置

代码语言:javascript
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//删除pos位置
void ListErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* next = pos->next;
	prev->next = next;
	next->prev = prev;
	free(pos);
	//pos = NULL;置空并不起作用
}
//ListErase(phead->prev)代替尾删
//ListErase(phead->next)代替头删

12.双向链表判空

代码语言:javascript
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bool ListEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return phead->next == phead;
}

13.双向链表长度

代码语言:javascript
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size_t ListSize(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	size_t n = 0;
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		++n;
		cur = cur->next;
	}
	return n;
}

14.顺序表与链表的区别

不同点

顺序表

链表

存储空间上

物理上一定连续

逻辑上连续但是物理上不一定连续

随机访问

支持O(1)

不支持O(N)

任意位置插入或者删除元素

可能需要搬移元素,效率低O(N)

只需修改指针指向

插入

动态顺序表,空间不够时需要扩容

没有容量的概念

应用场景

元素高效存储+频繁访问

任意位置插入和删除频繁

缓存利用率

备注:缓存利用率参考存储体系结构以及局部原理性

顺序表的优点: 1.尾插尾删的效率很高 2.可以用下标随机访问 3.相比链表结构 CPU高速缓存命中率更高 顺序表的缺点: 1.头部和中部插入效率低——O(N) 2.扩容时的性能消耗+扩容时的空间浪费 链表的优点: 1.任意位置插入删除效率很高——O(1) 2.按需申请释放 链表的缺点: 1.不支持随机访问 注:三级缓存被称为CPU周围的禁卫军 CPU执行指令不会直接访问内存  1.先看数据在不在三级缓存,在(命中),直接访问 2.不在(不命中),先加载到缓存,再访问 注:加载到缓存时,会将需要加载的位置开始的一段都加载进缓存,(加载多少取决于硬件) 由于顺序表的数据彼此之间的地址紧密联系 所以加载到高速缓存时命中率高 但链表不然 更可能会导致缓存污染 

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原始发表:2023-02-24,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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