双向链表设计与API实现
为什么需要双向链表?
单链表的结点都只有一个指向下一个结点的指针
单链表的数据元素无法直接访问其前驱元素
逆序访问单链表中的元素是极其耗时的操作!
双向链表的定义
在单链表的结点中增加一个指向其前驱的pre指针
双向链表拥有单链表的所有操作
创建链表
销毁链表
获取链表长度
清空链表
获取第pos个元素操作
插入元素到位置pos
删除位置pos处的元素
插入操作
插入操作异常处理
插入第一个元素异常处理
在0号位置处插入元素;
删除操作
双向链表的新操作
获取当前游标指向的数据元素
将游标重置指向链表中的第一个数据元素
将游标移动指向到链表中的下一个数据元素
将游标移动指向到链表中的上一个数据元素
直接指定删除链表中的某个数据元素
双向链表重要技术场景
循环链表插入结点技术场景
循环链表删除结点技术场景
优点:双向链表在单链表的基础上增加了指向前驱的指针
功能上双向链表可以完全取代单链表的使用
双向链表的Next,Pre和Current操作可以高效的遍历链表中的所有元素
缺点:代码复杂
// dlinklist.h // 双向链表API声明 #ifndef _DLINKLIST_H_ #define _DLINKLIST_H_ typedef void DLinkList; typedef struct _tag_DLinkListNode { _tag_DLinkListNode *next; _tag_DLinkListNode *pre; }DLinkListNode; // 创建链表 DLinkList* DLinkList_Create(); // 销毁链表 void DLinkList_Destroy(DLinkList *list); // 清空链表 void DLinkList_Clear(DLinkList *list); // 获取链表长度 int DLinkList_Length(DLinkList *list); // 在pos位置,插入结点node int DLinkList_Insert(DLinkList *list, DLinkListNode *node, int pos); // 获取pos位置的结点,返回给上层 DLinkListNode* DLinkList_Get(DLinkList *list, int pos); // 删除pos位置的结点 DLinkListNode* DLinkList_Delete(DLinkList *list, int pos); // 删除值为node的结点 DLinkListNode* DLinkList_DeleteNode(DLinkList* list, DLinkListNode* node); // 重置游标 DLinkListNode* DLinkList_Reset(DLinkList* list); // 获取当前游标所指的结点 DLinkListNode* DLinkList_Current(DLinkList* list); // 获取游标当前所指结点,然后让游标指向下一个结点 DLinkListNode* DLinkList_Next(DLinkList* list); // 获取游标当前所指结点,然后让游标指向前一个结点 DLinkListNode* DLinkList_Pre(DLinkList* list); #endif
// dlinklist.cpp // 循环链表API实现 #include <cstdio> #include <malloc.h> #include "dlinklist.h" typedef struct _tag_DLinkList { DLinkListNode header; DLinkListNode *slider; int length; }TDLinkList; // 创建链表 DLinkList* DLinkList_Create() { TDLinkList *ret = (TDLinkList *)malloc(sizeof(TDLinkList)); if (ret != NULL) { ret->header.next = NULL; ret->header.pre = NULL; ret->slider = NULL; ret->length = 0; } return ret; } // 销毁链表 void DLinkList_Destroy(DLinkList *list) { if (list != NULL) { free(list); } return; } // 清空链表 void DLinkList_Clear(DLinkList *list) { TDLinkList *tList = (TDLinkList *)list; if (tList != NULL) { tList->header.next = NULL; tList->header.pre = NULL; tList->slider = NULL; tList->length = 0; } return; } // 获取链表长度 int DLinkList_Length(DLinkList *list) { TDLinkList *tList = (TDLinkList *)list; int ret = -1; if (tList != NULL) { ret = tList->length; } return ret; } // 在pos位置,插入结点node int DLinkList_Insert(DLinkList *list, DLinkListNode *node, int pos) { TDLinkList *tList = (TDLinkList *)list; int ret = -1, i = 0; if (list != NULL && node != NULL && pos >= 0) { ret = 0; DLinkListNode *cur = (DLinkListNode *)tList; DLinkListNode *next = NULL; for (i = 0; i < pos && cur->next != NULL; ++i) { cur = cur->next; } next = cur->next; cur->next = node; node->next = next; // 当链表插入第一个结点时需要进行特殊处理 if (next != NULL) { next->pre = node; } node->pre = cur; if (tList->length == 0) { tList->slider = node; // 当链表插入第一个元素处理游标 } // 若在0位置插入,需要特殊处理,新来的结点next前pre指向NULL if (cur == (DLinkListNode *)tList) { node->pre = NULL; } ++tList->length; } return ret; } // 获取pos位置的结点,返回给上层 DLinkListNode* DLinkList_Get(DLinkList *list, int pos) { TDLinkList *tList = (TDLinkList *)list; DLinkListNode* ret = NULL; int i = 0; if (list != NULL && pos >= 0 && pos < tList->length) { DLinkListNode *cur = (DLinkListNode *)tList; for (i = 0; i < pos; ++i) { cur = cur->next; } ret = cur->next; } return ret; } // 删除pos位置的结点 DLinkListNode* DLinkList_Delete(DLinkList *list, int pos) { TDLinkList *tList = (TDLinkList *)list; DLinkListNode* ret = NULL; int i = 0; if (tList != NULL && pos >= 0) { DLinkListNode *cur = (DLinkListNode *)tList; DLinkListNode *next = NULL; for (i = 0; i < pos && cur->next != NULL; ++i) { cur = cur->next; } ret = cur->next; next = ret->next; cur->next = next; if (next != NULL) { next->pre = cur; if (cur == (DLinkListNode *)tList) { // 第0个位置,需要特殊处理 next->pre = NULL; } } if (tList->slider == ret) { tList->slider = next; } --tList->length; } return ret; } // 删除值为node的结点 DLinkListNode* DLinkList_DeleteNode(DLinkList* list, DLinkListNode* node) { TDLinkList *tList = (TDLinkList *)list; DLinkListNode* ret = NULL; int i = 0; if (tList != NULL) { DLinkListNode *cur = (DLinkListNode *)tList; for (i = 0; i < DLinkList_Length(tList); ++i) { if (cur->next == node) { ret = cur->next; break; } cur = cur->next; } if (!ret) { DLinkList_Delete(tList, i); } } return ret; } // 重置游标 DLinkListNode* DLinkList_Reset(DLinkList* list) { TDLinkList *tList = (TDLinkList *)list; DLinkListNode* ret = NULL; if (tList != NULL) { tList->slider = tList->header.next; ret = tList->slider; } return ret; } // 获取当前游标所指的结点 DLinkListNode* DLinkList_Current(DLinkList* list) { TDLinkList *tList = (TDLinkList *)list; DLinkListNode* ret = NULL; if (tList != NULL) { ret = tList->slider; } return ret; } // 获取游标当前所指结点,然后让游标指向下一个结点 DLinkListNode* DLinkList_Next(DLinkList* list) { TDLinkList *tList = (TDLinkList *)list; DLinkListNode* ret = NULL; if (tList != NULL && tList->slider != NULL) { ret = tList->slider; tList->slider = ret->next; } return ret; } // 获取游标当前所指结点,然后让游标指向前一个结点 DLinkListNode* DLinkList_Pre(DLinkList* list) { TDLinkList *tList = (TDLinkList *)list; DLinkListNode* ret = NULL; if (tList != NULL && tList->slider != NULL) { ret = tList->slider; tList->slider = ret->pre; } return ret; }
// main.cpp // 循环线表测试程序 #include <cstdio> #include "dlinklist.h" const int maxn = 5; struct Student { DLinkListNode node; int age; }; void play() { Student s[maxn]; for (int i = 0; i < maxn; ++i) { s[i].age = i + 21; } DLinkList *list = NULL; list = DLinkList_Create(); // 创建链表 // 插入结点 for (int i = 0; i < maxn; ++i) { int ret = DLinkList_Insert(list, (DLinkListNode *)&s[i], DLinkList_Length(list)); if (ret < 0) { return; printf("function DLinkList_Insert err.\n"); } } // 遍历链表 for (int i = 0; i < DLinkList_Length(list); ++i) { Student *tmp = (Student *)DLinkList_Get(list, i); if (tmp == NULL) { printf("function DLinkList_Get err.\n"); return; } printf("age: %d\n", tmp->age); } DLinkList_Delete(list, DLinkList_Length(list) - 1); // 删除尾结点 DLinkList_Delete(list, 0); // 删除头结点 // 用游标遍历链表 for (int i = 0; i < DLinkList_Length(list); ++i) { Student *tmp = (Student *)DLinkList_Next(list); if (tmp == NULL) { printf("function DLinkList_Next err.\n"); return; } printf("age: %d\n", tmp->age); } printf("\n"); DLinkList_Reset(list); DLinkList_Next(list); Student *tmp = (Student *)DLinkList_Current(list); if (tmp == NULL) { printf("function DLinkList_Current err.\n"); return; } printf("age: %d\n", tmp->age); DLinkList_DeleteNode(list, (DLinkListNode*)tmp); tmp = (Student *)DLinkList_Current(list); if (tmp == NULL) { printf("function DLinkList_Current err.\n"); return; } printf("age: %d\n", tmp->age); printf("length: %d\n", DLinkList_Length(list)); DLinkList_Pre(list); tmp = (Student *)DLinkList_Current(list); if (tmp == NULL) { printf("function DLinkList_Current err.\n"); return; } printf("age: %d\n", tmp->age); printf("length: %d\n", DLinkList_Length(list)); DLinkList_Destroy(list); return; } int main() { play(); return 0; }
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