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1.雙向連結串列的定義
上一節學習了單向連結串列單連結串列詳解。今天學習雙連結串列。學習之前先對單向連結串列和雙向連結串列做個回顧。
單向連結串列特點：
1.我們可以輕鬆的到達下一個節點, 但是回到前一個節點是很難的.
2.只能從頭遍歷到尾或者從尾遍歷到頭(一般從頭到尾)
雙向連結串列特點
1.每次在插入或刪除某個節點時, 需要處理四個節點的引用, 而不是兩個. 實現起來要困難一些
2.相對於單向連結串列, 必然佔用記憶體空間更大一些.
3.既可以從頭遍歷到尾, 又可以從尾遍歷到頭
雙向連結串列的定義:
雙向連結串列也叫雙連結串列，是連結串列的一種，它的每個資料結點中都有兩個指標，分別指向直接後繼和直接前驅。所以，從雙向連結串列中的任意一個結點開始，都可以很方便地訪問它的前驅結點和後繼結點。下圖為雙向連結串列的結構圖。
從上中可以看到，雙向連結串列中各節點包含以下 3 部分資訊：
指標域：用於指向當前節點的直接前驅節點；
資料域：用於儲存資料元素。
指標域：用於指向當前節點的直接後繼節點；
雙向迴圈連結串列的定義:
雙向連結串列也可以進行首尾連線，構成雙向迴圈連結串列,如下圖所示
在建立連結串列時，只需要在最後將收尾相連即可（建立連結串列程式碼中已經標出）。其他程式碼稍加改動即可。
雙連結串列的節點結構用 C 語言實現為：
/*隨機數的範圍*/
#define MAX 100
/*節點結構*/
typedef struct Node{
struct Node *pre;
int data;
struct Node *next;
}Node;
2.雙向連結串列的建立
同單連結串列相比，雙連結串列僅是各節點多了一個用於指向直接前驅的指標域。因此，我們可以在單連結串列的基礎輕鬆實現對雙連結串列的建立。
需要注意的是，與單連結串列不同，雙連結串列建立過程中，每建立一個新節點，都要與其前驅節點建立兩次聯絡，分別是：
將新節點的 prior 指標指向直接前驅節點；
將直接前驅節點的 next 指標指向新節點；
這裡給出建立雙向連結串列的 C 語言實現程式碼：
Node* CreatList(Node * head,int length)
{
if (length == 1)
{
return( head = CreatNode(head));
}
else
{
head = CreatNode(head);
Node * list=head;
for (int i=1; i<length; i++)
/*建立並初始化一個新結點*/
{
Node * body=(Node*)malloc(sizeof(Node));
body->pre=NULL;
body->next=NULL;
body->data=rand()%MAX;
/*直接前趨結點的next指標指向新結點*/
list->next=body;
/*新結點指向直接前趨結點*/
body->pre=list;
/*把body指標給list返回*/
list=list->next;
}
}
/*加上以下兩句就是雙向迴圈連結串列*/
// list->next=head;
// head->prior=list;
return head;
}
3.雙向連結串列的插入
根據資料新增到雙向連結串列中的位置不同，可細分為以下 3 種情況：
1.新增至表頭
將新資料元素新增到表頭，只需要將該元素與表頭元素建立雙層邏輯關係即可。
換句話說，假設新元素節點為 temp，表頭節點為 head，則需要做以下 2 步操作即可：
temp->next=head; head->prior=temp;
將 head 移至 temp，重新指向新的表頭；
將新元素 7 新增至雙連結串列的表頭，則實現過程如下圖所示：
2.新增至表的中間位置
同單連結串列新增資料類似，雙向連結串列中間位置新增資料需要經過以下 2 個步驟，如下圖所示：
新節點先與其直接後繼節點建立雙層邏輯關係；
新節點的直接前驅節點與之建立雙層邏輯關係；
3.新增至表尾
與新增到表頭是一個道理，實現過程如下：
找到雙連結串列中最後一個節點；
讓新節點與最後一個節點進行雙層邏輯關係；
/*在第add位置的前面插入data節點*/
Node * InsertListHead(Node * head,int add,int data)
{
/*新建資料域為data的結點*/
Node * temp=(Node*)malloc(sizeof(Node));
if(head == NULL)
{
printf("malloc error!\r\n");
return NULL;
}
else
{
temp->data=data;
temp->pre=NULL;
temp->next=NULL;
}
/*插入到連結串列頭，要特殊考慮*/
if (add==1)
{
temp->next=head;
head->pre=temp;
head=temp;
}
else
{
Node * body=head;
/*找到要插入位置的前一個結點*/
for (int i=1; i<add-1; i++)
{
body=body->next;
}
/*判斷條件為真，說明插入位置為連結串列尾*/
if (body->next==NULL)
{
body->next=temp;
temp->pre=body;
}
else
{
body->next->pre=temp;
temp->next=body->next;
body->next=temp;
temp->pre=body;
}
}
return head;
}
```c
/*在第add位置的後面插入data節點*/
Node * InsertListEnd(Node * head,int add,int data)
{
int i = 1;
/*新建資料域為data的結點*/
Node * temp=(Node*)malloc(sizeof(Node));
temp->data=data;
temp->pre=NULL;
temp->next=NULL;
Node * body=head;
while ((body->next)&&(i<add+1))
{
body=body->next;
i++;
}
/*判斷條件為真，說明插入位置為連結串列尾*/
if (body->next==NULL)
{
body->next=temp;
temp->pre=body;
temp->next=NULL;
}
else
{
temp->next=body->pre->next;
temp->pre=body->pre;
temp->pre=body->pre;
body->pre->next=temp;
}
return head;
}
4.雙向連結串列的刪除
雙連結串列刪除結點時，只需遍歷連結串列找到要刪除的結點，然後將該節點從表中摘除即可。
例如，刪除元素 2 的操作過程如圖 所示：
Node * DeleteList(Node * head,int data)
{
Node * temp=head;
/*遍歷連結串列*/
while (temp)
{
/*判斷當前結點中資料域和data是否相等，若相等，摘除該結點*/
if (temp->data==data)
{
/*判斷是否是頭結點*/
if(temp->pre == NULL)
{
head=temp->next;
temp->next = NULL;
free(temp);
return head;
}
/*判斷是否是尾節點*/
else if(temp->next == NULL)
{
temp->pre->next=NULL;
free(temp);
return head;
}
else
{
temp->pre->next=temp->next;
temp->next->pre=temp->pre;
free(temp);
return head;
}
}
temp=temp->next;
}
printf("Can not find %d!\r\n",data);
return head;
}
5.雙向連結串列更改節點資料
更改雙連結串列中指定結點資料域的操作是在查詢的基礎上完成的。實現過程是：通過遍歷找到儲存有該資料元素的結點，直接更改其資料域即可。
/*更新函式，其中，add 表示更改結點在雙連結串列中的位置，newElem 為新資料的值*/
Node *ModifyList(Node * p,int add,int newElem)
{
Node * temp=p;
/*遍歷到被刪除結點*/
for (int i=1; i<add; i++)
{
temp=temp->next;
}
temp->data=newElem;
return p;
}
6.雙向連結串列的查詢
通常，雙向連結串列同單連結串列一樣，都僅有一個頭指標。因此，雙連結串列查詢指定元素的實現同單連結串列類似，都是從表頭依次遍歷表中元素。
/*head為原雙連結串列，elem表示被查詢元素*/
int FindList(Node * head,int elem)
{
/*新建一個指標t，初始化為頭指標 head*/
Node * temp=head;
int i=1;
while (temp)
{
if (temp->data==elem)
{
return i;
}
i++;
temp=temp->next;
}
/*程式執行至此處，表示查詢失敗*/
return -1;
}
7.雙向連結串列的列印
/*輸出連結串列的功能函式*/
void PrintList(Node * head)
{
Node * temp=head;
while (temp)
{
/*如果該節點無後繼節點，說明此節點是連結串列的最後一個節點*/
if (temp->next==NULL)
{
printf("%d\n",temp->data);
}
else
{
printf("%d->",temp->data);
}
temp=temp->next;
}
}
8.測試函式及結果
int main()
{
Node * head=NULL;
//建立雙連結串列
head=CreatList(head,5);
printf("新建立雙連結串列為\t");
PrintList(head);
//在表中第 5 的位置插入元素 1
head=InsertListHead(head, 5,1);
printf("在表中第 5 的位置插入元素 1\t");
PrintList(head);
//在表中第 3 的位置插入元素 7
head=InsertListEnd(head, 3, 7);
printf("在表中第 3 的位置插入元素 7\t");
PrintList(head);
// //表中刪除元素 7
head=DeleteList(head, 7);
printf("表中刪除元素 7\t\t\t");
PrintList(head);
printf("元素 1 的位置是\t：%d\n",FindList(head,1));
//表中第 3 個節點中的資料改為儲存 6
head = ModifyList(head,3,6);
printf("表中第 3 個節點中的資料改為儲存6\t");
PrintList(head);
return 0;
}
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