《C语言数据结构》———链表进阶之双向链表

在实际生活中，我们用到的最多的两种链表结构就是单链表和双向带头链表，上一篇已经介绍了单链表的实现以及一些应用，接下来我为大家详细介绍一下双向链表，以及一些链表oj题。

文章目录

一、双向链表的概念
二、双向链表的实现
三、链表与顺序表的差别
四、链表oj
总结

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、双向链表的概念

1、概念：概念：双向链表是每个结点除后继指针外还有⼀个前驱指针。双向链表也有带头结点结构和不带头结点结构两种，带头结点的双向链表更为常用；另外，双向链表也可以有循环和非循环两种结构，循环结构的双向链表更为常用。

二、双向链表的实现

头文件List.h


#pragma once
 
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
typedef int LTDateType;
typedef struct ListNode
{
	LTDateType date;
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
 
}LTNode;
//void ListInit(LTNode** pphead)；
void ListPrint(LTNode* phead);
void ListPopBack(LTNode* phead);
LTNode* ListInit();//初始化
LTNode* BuyLTNode(LTDateType x);
void ListPushBack(LTNode* phead, LTDateType x);
void ListPushFront(LTNode* phead, LTDateType x);
void ListPopFront(LTNode* phead);
LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDateType x);
 
//在pos前插入
void ListInsert(LTNode* pos, LTDateType x);
//删除pos位置的节点
void ListErease(LTNode* pos);
 
void ListDestory(LTNode* phead);

源文件List.C


#include"List.h"
 
LTNode* BuyLTNode(LTDateType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
 
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->date = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	return newnode;
}
//void ListInit(LTNode** pphead)
//{
//	assert(pphead);
//	*pphead = BuyLTNode(0);
//	(*pphead)->next = *pphead;
//	(*pphead)->prev = *pphead;
//}
LTNode* ListInit()
{
	LTNode* phead = BuyLTNode(0);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}
void ListPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
 
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d ", cur->date);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}
void ListPushBack(LTNode* phead, LTDateType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}
 
void ListPushFront(LTNode* phead, LTDateType x)
{
	assert(phead);
	ListInsert(phead->next, x);
}
void ListPopBack(LTNode* phead)//尾删
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);//说明传进来的不只有phead,不然phead被free掉了。
	//LTNode* tail = phead->prev;
	//LTNode* tailPrev = tail->prev;
 
	//free(tail);
	//tail = NULL;
 
	//tailPrev->next = phead;
	//phead->prev = tailPrev;
	ListErease(phead->prev);
}
void ListPopFront(LTNode* phead)//头删
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);
 
	ListErease(phead->next);
}
LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDateType x)
{
	assert(phead);
 
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->date == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}
//void ListInsert(LTNode* pos, LTDateType x)
//{
//	assert(pos);
//	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
//	pos->prev->next = newnode;
//	newnode->prev = pos->prev;
//
//	pos->prev = newnode;
//	newnode->next = pos;
//
//}
//更好的写法
void ListInsert(LTNode* pos, LTDateType x)
{
	assert(pos);
	//无关写的顺序
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	LTNode* posPrev = pos->prev;
 
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
 
	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;
}
// 驼峰法
//函数和类型所以单词首字母大写
//变量：第一个单词小写后续单词首字母大写
void ListErease(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
 
	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* next = pos->next;
	free(pos);
	//此时要把pos置成空，不然pos就是野指针了
	pos = NULL;
	prev->next = next;//LT的新的prev指向pos->next;
	next->prev = prev;//LT的新的next的prev指向prev;
}
 
void ListDestory(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;//从头结点的下一个位置开始。
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;//先记录，再free
		//ListErease(cur);//副用Erease函数实现destory
		free(cur);//
		cur = next;
	}
	free(phead);
	//phead = NULL;形参的改变不影响实参
}

三、链表与顺序表的差别

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	高	低

四、链表oj

1、链表中倒数第k个结点_牛客题霸_牛客网（链接）

思路：快慢指针法，fast先走k步， slow和fast同时走， fast走到尾时，slow就是倒数第k个

代码示例：


struct ListNode* FindKthToTail(struct ListNode* pListHead, int k ) {
    struct ListNode* slow, *fast;
    slow = fast = pListHead;
    while(k --)//走k步
    {
        //判断K是否大于链表的长度。
        if(fast == NULL) return NULL;
        fast = fast->next;
    }
    while(fast)//当fast 指针走到尾时
    {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next;
    }
    return slow;
}
第二种写法：
struct ListNode* FindKthToTail(struct ListNode* pListHead, int k )
{
    struct ListNode* p1 = NULL, *p2 = NULL;
    p1 = pListHead;
    p2 = pListHead;
    int a = k;
    int c = 0;//记录节点个数
      //p1指针先跑，并且记录节点数，当p1指针跑了k-1个节点后，p2指针开始跑，
        //当p1指针跑到最后时，p2所指指针就是倒数第k个节点
    while(p1)//当p1 不为空时
    {
        p1 = p1->next;
        c ++;//节点个数增加
        if(k < 1) p2 = p2->next;
        k --;    
    }
    if(c < a) return NULL;
    return p2;
}

2、21. 合并两个有序链表（链接）
思路：归并的思想，将小的值尾插到新链表。时间复杂度为n^2;如果再定义一个尾指针，每次记录尾。


struct ListNode* mergeTwoLists(struct ListNode* list1, struct ListNode* list2)
{
    if(list1 == NULL)//list1和list2分别是两个链表的头指针
        return list2;
    if(list2 == NULL)
        return list1;
    struct ListNode* head = NULL, *tail = NULL;//head是新链表的头指针，tail是新链表的尾指针
    while(list1 && list2)
    {
            if(list1->val < list2->val)
            {
                if(tail == NULL)//这一步不太理解
                {
                    head = tail = list1;
                }
                else
                {
                    tail->next = list1;//先传指针指向
                    tail = list1;//再把list 的地址传给tail，相当于tail往前挪了一步。
                }
                list1 = list1->next;
            }
            else
            {
                if(tail == NULL)
                {
                    head = tail = list2;
                }
                else
                {
                    tail->next = list2;
                    tail = list2;//传地址
                }
                 list2 = list2->next;
            }
    }
    if(list1)
    {
        tail->next = list1;//如果链表1不为空，而此时链表二为空，则直接把链表二的值连接过去就好了。
    }
    if(list2)
    {
        tail->next = list2;
    }
    return head;
}
方法二：设置一个哨兵位头结点
 
head存随机值， head->next存第一个链表的值。起到简化代码的作用。
一般的链表没有设置哨兵位头结点。
struct ListNode* mergeTwoLists(struct ListNode* list1, struct ListNode* list2)
{
    struct ListNode* head = NULL, *tail = NULL;
    head = tail = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
    head->next = NULL;
    while(list1 && list2)
    {
            if(list1->val < list2->val)
            {
                    tail->next = list1;//先传指针指向
                    tail = list1;//再把list 的地址传给tail，相当于tail往前挪了一步。
                list1 = list1->next;
            }
            else
            {
                    tail->next = list2;
                    tail = list2;//传地址
                    list2 = list2->next;
            }
    }
    if(list1)
    {
        tail->next = list1;//如果链表1不为空，而此时链表二为空，则直接把链表二的值连接过去就好了。
    }
    if(list2)
    {
        tail->next = list2;
    }
    //解决内存泄漏问题；
    struct ListNode* list = head->next;
    free(head);
    return list;
}

3、链表分割_牛客题霸_牛客网（链接）

思路：新设置两个链表，小于x的插到第一个链表，大于x的插到第二个链表。

定义四个指针：LessHead, LessTail,GreatHead, GreatTail.

原链表的值分别尾插到这两个链表，然后分别更新LessTail,和GreatTail;

最后LessTail的指针再指向GreatHead。完成两个链表的连接。

想极端场景：

1、所有值比x小

2、所有值比x大

3、比x大和小都有，最后一个值是比x小

4、比x大和小都有，最后一个值是比x大


构成环链表，造成死循环。
//设置哨兵位
class Partition {
  public:
    ListNode* partition(ListNode* pHead, int x) {
        struct ListNode* lessHead, *lessTail, *greatHead, *greatTail;
        lessHead = lessTail = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
        greatHead = greatTail = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
        lessTail->next = greatTail->next = NULL;
 
        struct ListNode* cur = pHead;
        while (cur) {
            if (cur->val < x) {
                lessTail->next = cur;
                lessTail = lessTail->next;
            } else {
                greatTail->next = cur;
                greatTail = greatTail->next;
            }
            cur = cur->next;
        }
        //完成链接工作
        lessTail->next = greatHead->next;
        greatTail->next = NULL;//切断greetTail的最后与greetHead的链接
        struct ListNode* list = lessHead->next;
        free(lessHead);
        free(greatHead);
        
        return list;
    }
};

4、链表的回文结构_牛客题霸_牛客网（链接）

思路：找出链表的中间节点，然后逆置，判断前后链表是否一致，若一致，则说明该链表是回文结构。

为什么奇数个时也能过，

例如：1 2 3 2 1

逆置完变为了 1 2 1 2 3 ；

当A走到2的位置时2->next = 3, rHead走到的 2->next = 3，相等。


class PalindromeList {
public:
    struct ListNode* middleNode(struct ListNode* head)
{
    struct ListNode* slow, * fast;
    slow = fast = head;
    while(fast && fast->next) //想的是结束的条件，写的是继续的条件
    {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
    }
    return slow;
}
    struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head)
{
    struct ListNode* NewHead = NULL;
    struct ListNode* cur = head;
    while(cur)
    {
        struct ListNode* next = cur->next;
        //头插
        cur->next = NewHead;//更多代表链表的指向方向。
        NewHead = cur;//接着把地址传过来(更新)
        cur = next;//（更新）
    }
    return NewHead;
    }
    bool chkPalindrome(ListNode* A) {
        struct ListNode* mid = middleNode(A);
        struct ListNode*rHead = reverseList(mid);//应该逆置mid，中间结点。
        
        while(A && rHead)
        {
            if(A->val == rHead->val)
            {
                A = A->next;
                rHead = rHead->next;
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
};

5、力扣相交链表（链接）

思路1：A链表每个节点B跟链表依次比较，如果有相等，就是相交，第一个相等就是交点。

时间复杂度：o(N*M);

思路二：如果两个链表相交，则这两个链表的最后一个元素的地址相同。

包含思路二三：

代码示例：


struct ListNode *getIntersectionNode(struct ListNode *headA, struct ListNode *headB) 
{
    struct ListNode* tailA, *tailB;//因为之后还要用到headA,和headB,所以要用tail来进行迭代。
    tailA = headA, tailB = headB;
    int lenA = 1, lenB = 1;
    while(tailA)//求出A的尾
    {
        tailA = tailA->next;
        ++lenA;//求出A的长度
    }   
    while(tailB)//求出链表B的尾
    {
        tailB = tailB->next;
        ++lenB;//求出B的长度
    }
    if(tailA != tailB)//如果两个链表的尾不相等，则返回空
    {
        return NULL;
    }
    //相交，求交点，长的先走差距步，再同时找交点。
    struct ListNode* shortList = headA, *longList = headB;//默认A短B长
    if(lenA > lenB)
    {
        shortList = headB;
        longList = headA;
    }
    int gap = abs(lenA - lenB);//求出差距
    while(gap--)//减gap次，若是--gap,就是减了gap - 1次
    {
        longList = longList->next;
    }
    while(shortList && longList)
    {
        if(shortList == longList)
        return shortList;//此时shortList == longList;
        longList = longList->next;
        shortList = shortList->next;
    }
    //最最关键的一步：就是要在外面返回一个值，因为编译器不会判断代码在哪返回，只会检查你的代码的语法问题。
    return NULL;
}

总结

本文分别从双向链表的概念、实现，还比较了顺序表和链表的区别，以及5道链表oj题四个方面介绍了链表进阶的知识，希望大家读后能够有所收获。

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