双向链表概述
双向链表也叫双链表，是链表的一种，它的每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接后继next和直接前驱prev。所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。为了标识链表的头和尾，将第一个元素的prev指针和最后一个元素的next指针设置为NULL
要反向遍历整个双向链表，使用prev指针从尾到头的顺序访问各个元素，因此为每个元素增加了一个指针的代价，换来的是双向链表更加灵活的访问。
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双向链表接口的定义
1、dlist_init
void dlist_init(DList *list, void (*destroy)(void *data));
描述：初始化由list指定的双向链表，该操作应该在其他操作之前进行。当调用dlist_destory时，这里传入的参数提供了一种释放动态分配空间的方法
复杂度：O(n)
2、dlist_destroy
void dlist_destroy(DList *list);
描述：销毁由list指定的双向链表，该操作之后其他操作不能进行。除非重新调用dlist_init
复杂度：O(n)
3、dlist_ins_next
int dlist_ins_next(DList *list, DListElmt *element, const void *data);
描述：将元素插入到由list指定的双链表中element元素之后，当链表为空的时候，element为NULL，新的元素包含一个指向data的指针，如果插入成功返回1，否则返回-1
复杂度：O(1)
4、dlist_ins_prev
int dlist_ins_prev(DList *list, DListElmt *element, const void *data);
描述：将元素插入到由list指定的双链表中element元素的前面，当链表为空的时候，element为NULL，新的元素包含一个指向data的指针，如果插入成功返回0，否则返回-1
复杂度：O(1)
5、dlist_remove
int dlist_remove(DList *list, DListElmt *element, void **data);
描述：移除由list指定的双链表中element元素，移除操作成功返回0，否则返回-1
复杂度：O(1)
6、dlist_size
int dlist_size(const DList *list);
描述：这是一个宏，用来计算双链表中元素的个数
复杂度：O(1)
7、dlist_head
DListElmt *dlist_head(const DList *list);
描述：这是一个宏，用来返回由list指定的双链表的头结点
复杂度：O(1)
8、dlist_tail
DListElmt dlist_tail(const DList *list);
描述：这是一个宏，用来返回由list指定的双链表的尾结点
复杂度：O(1)
9、dlist_is_head
int dlist_is_head(const DListElmt *element);
描述：这是一个宏，用来判断由element元素指定的元素是否为头结点，如果是返回1，否则返回0
复杂度：O(1)
10、dlist_is_tail
int dlist_is_tail(const DListElmt *element);
描述：这是一个宏，用来判断由element元素指定的元素是否为尾结点，如果是返回0，否则返回-1
复杂度：O(1)
11、dlist_data
void *dlist_data(const DListElmt *element);
描述：这是一个宏，用来返回由element元素指定的元素的数据域
复杂度：O(1)
12、dlist_next
DListElemt *dlist_next(const DListElmt *element);
描述：这是一个宏，用来返回由element元素指定的元素的后继结点，如果是返回0，否则返回-1
复杂度：O(1)
13、dlist_prev
DListElemt *dlist_prev(const DListElmt *element);
描述：这是一个宏，用来返回由element元素指定的元素的前驱结点，如果是返回0，否则返回-1
复杂度：O(1)
双向链表的实现和分析
抽象数据类型的头文件（list.h）：
typedef struct DListElmt_ { //为双链表结点建立结构 void *data; //指向结点的数据域 struct DListElmt_ *prev; //指向结点的前驱结点 struct DListElmt_ *next; //指向结点的前驱结点 } DListElmt; typedef struct DList_ { //建立双链表结构 int size; //元素个数 int (*match)(const void *key1, const void *key2); 匹配函数 void (*destroy)(void *data); 析构函数 DListElmt *head; //指向头结点 DListElmt *tail; //指向尾结点 } DList; //公共接口 void dlist_init(DList *list, void (*destroy)(void *data)); void dlist_destroy(DList *list); int dlist_ins_next(DList *list, DListElmt *element, const void *data); int dlist_ins_prev(DList *list, DListElmt *element, const void *data); int dlist_remove(DList *list, DListElmt *element, void **data); #define dlist_size(list) ((list)->size) #define dlist_head(list) ((list)->head) #define dlist_tail(list) ((list)->tail) #define dlist_is_head(element) ((element)->prev == NULL ? 1 : 0) #define dlist_is_tail(element) ((element)->next == NULL ? 1 : 0) #define dlist_data(element) ((element)->data) #define dlist_next(element) ((element)->next) #define dlist_prev(element) ((element)->prev) #endif
初始化双向链表：
void dlist_init(DList *list, void (*destroy)(void *data)) { //初始化list list->size = 0; list->destroy = destroy; list->head = NULL; list->tail = NULL; return; }
回收双向链表：
void dlist_destroy(DList *list) { void *data; //移除每个元素 while (dlist_size(list) > 0) { if (dlist_remove(list, dlist_tail(list), (void **)&data) == 0 && list->destroy != NULL) { //调用一个用户自定义的函数释放动态分配的内存 list->destroy(data); } } //现在没有操作了,释放结构体作为预防措施 memset(list, 0, sizeof(DList)); return; }
插入新节点作为指定结点的直接后继结点:
参考如下示意图：
//插入指定元素的后继 int dlist_ins_next(DList *list, DListElmt *element, const void *data) { DListElmt *new_element; //不允许element元素为NULL，除非list为空. if (element == NULL && dlist_size(list) != 0) return -1; //为element分配空间 if ((new_element = (DListElmt *)malloc(sizeof(DListElmt))) == NULL) return -1; //向链表中插入元素 new_element->data = (void *)data; if (dlist_size(list) == 0) { //当链表为NULL的时候，插入到头结点 list->head = new_element; list->head->prev = NULL; list->head->next = NULL; list->tail = new_element; } else { //当链表非空的时候 new_element->next = element->next; new_element->prev = element; if (element->next == NULL) list->tail = new_element; else element->next->prev = new_element; element->next = new_element; } //调整链表长度 list->size++; return 0; }
插入新节点作为指定结点的直接前驱结点:
//插入指定元素的前驱 int dlist_ins_prev(DList *list, DListElmt *element, const void *data) { DListElmt *new_element; if (element == NULL && dlist_size(list) != 0) //不允许element元素为NULL，除非list为空. return -1; if ((new_element = (DListElmt *)malloc(sizeof(DListElmt))) == NULL) //为element分配空间 return -1; //向链表中插入元素 new_element->data = (void *)data; if (dlist_size(list) == 0) { //当链表为NULL的时候，插入到头结点 list->head = new_element; list->head->prev = NULL; list->head->next = NULL; list->tail = new_element; } else { //当链表非空的时候插入 new_element->next = element; new_element->prev = element->prev; if (element->prev == NULL) list->head = new_element; else element->prev->next = new_element; element->prev = new_element; } //调整链表长度 list->size++; return 0; }
删除指定结点:
//删除指定结点 int dlist_remove(DList *list, DListElmt *element, void **data) { //不允许删除NULL元素或从空表中删除元素 if (element == NULL || dlist_size(list) == 0) return -1; //从表中删除元素 *data = element->data; if (element == list->head) { //删除表头结点 list->head = element->next; if (list->head == NULL) //如果element元素是尾结点 list->tail = NULL; else element->next->prev = NULL; } else { //删除表中的结点 element->prev->next = element->next; if (element->next == NULL) list->tail = element->prev; else element->next->prev = element->prev; } //释放已经分配的结点 free(element); //调整表长 list->size--; return 0; }