双向链表的C语言实现与基本操作（一）

本文的主要目录：

一、双向链表的基本概念

二、双向链表的简单实现

一、双向链表的基本概念

双向链表和上一节博客中的单向链表相比，只是在结点元素中多了一个指向前一个结点元素的指针。为什么需要双向链表，因为在实际的工程项目当中，有时候为了提高单向链表访问结点元素的效率，需要在链表结点元素中增加一个指向前驱的指针，提高对链表元素结点的访问速度。

一个基本的双向链表结点的C语言表示如下：

/* 双向链表结点元素 */
struct dList{
    struct dList *next;
    struct dList *prev;
};

二、双向链表的基本实现

       在上一节单向链表实现的基础上来实现这个双向链表。

1、表示链表的结构体定义如下：

/* 定义一个表示链表的结构体指针 */
struct list {
	int id;			/* 标识这个元素方便查找 */
	char data[20];		/* 链表中包含的元素 */
	struct list *next;	/* 指向下一个结点的指针 */
	struct list *prev;	/* 指向前一个结点的指针 */
};

2、因为是双向链表所以定义了两个全局链表结点，一个用来指向链表头部，一个用来指向链表尾部

/* 定义一个链表头部 */
static struct list *list_head = NULL;
/* 定义一个链表尾部 */
static struct list *list_tail = NULL;

3、头结点容易找到，但尾结点相对难一点，所以实现了一个找到尾结点元素的方法，并把尾结点的指针赋值给前面定义的全局尾部结点指针list_tail。

/**	通过链表的头部找到链表的尾部
  *		head	:	链表的头部的地址
  *		返回值	:	返回链表尾部的地址
  */
static struct list *find_list_tail(struct list **head)
{
	struct list *temp = *head;
	struct list *p = NULL;

	/* 判断链表是否为空 */
	if(NULL == temp)		/* 为空 */
	{
		return NULL;
	}
	else					/* 不为空 */
	{
		while(temp)
		{
			p = temp;
			temp = temp->next;
			if(NULL == temp) return p;
		}
	}

	return NULL;
}

这个函数的思路是通过头结点找到尾结点，首先判断链表是否为空，不为空时对链表进行遍历，返回下一个结点为空的上一个结点，该结点即使结点的尾部。（注意：在使用这个函数获得尾结点指针时，必须在每次插入结点元素后重新获得，因为链表尾部结点是会随着结点的插入而发生变化）

4、仿照上一节单向链表遍历元素的方法，现在实现从尾部开始遍历结点元素的方法，把结点元素的内容倒序打印出来，原理和之前函数的实现类似。

/** 遍历一个链表，打印链表中每个元素所包含的数据
  * tail : 表示要遍历的链表的尾部的指针
  */
static void list_print_tail(struct list **tail)
{	
	struct list *temp;

	temp = *tail;

	printf("list information form tail:\n");
	while(temp)
	{
		printf("\tlist %d : %s\n", temp->id, temp->data);
		temp = temp->prev;
	}
}

5、在main函数中实现如下功能：动态分配是个元素并把元素加入到链表当中，先从链表头部打印结点元素数据，再从尾部打印结点元素数据。

/* 主函数，程序的入口 */
int main(int argc, char *argv[])
{
	int i = 0;
	struct list *lists = NULL;

	/* 分配10个元素 */
	lists = malloc(sizeof(struct list) * 10);
	if(NULL == lists)
	{
		printf("malloc error!\n");
		return -1;
	}

	/* 将分配的10个元素依次填充数据并加入到链表当中 */
	for(i = 0; i < 10; i++)
	{
		lists[i].id = list_id++;
		sprintf(lists[i].data, "TECH-PRO - %d", i);

		list_add(&list_head, &lists[i]);
	}

	/* 从头部遍历链表，把链表中每个元素的信息都打印出来 */
	list_print_head(&list_head);

	/* 找到链表尾部 */
	list_tail = find_list_tail(&list_head);

	/* 从尾部遍历链表，把链表中每个元素的信息都打印出来 */
	list_print_tail(&list_tail);

	return 0;
}

编译运行结果如下所示：


对于双向链表的基本操作（插入元素，删除元素，修改元素，查看元素）放在下一篇博客中来讲。

附录：本篇文章实现的完整的双向链表的基本实现的代码如下所示：

/* 包含的头文件 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

/* 定义一个表示链表的结构体指针 */
struct list {
	int id;			/* 标识这个元素方便查找 */
	char data[20];		/* 链表中包含的元素 */
	struct list *next;	/* 指向下一个结点的指针 */
	struct list *prev;	/* 指向前一个结点的指针 */
};

/* 定义一个链表头部 */
static struct list *list_head = NULL;

/* 定义一个链表尾部 */
static struct list *list_tail = NULL;

/* 为了保证每一个链表元素的id不同，特意把id定义成一个全局静态变量 */
static int list_id = 0;

/**	将指定元素插入到聊表尾部
  * 	head	: 表示要插入元素的链表的头部的地址
  *	list    : 表示要插入到链表中的元素
  */
static void list_add(struct list **head, struct list *list)
{
	struct list *temp;

	/* 判断链表是否为空 */
	if(NULL == *head)
	{
		/* 为空 */
		*head = list;
		(*head)->next = NULL;
		(*head)->prev = NULL;
	}
	else
	{
		/* 不为空 */
		temp = *head;
		while(temp)
		{
			/* 将新结点插入到链表尾部 */
			if(NULL == temp->next)
			{
				temp->next = list;
				list->next = NULL;
				list->prev = temp;
				return;
			}
			temp = temp->next;
		}
	}
}

/**	通过链表的头部找到链表的尾部
  *		head	:	链表的头部的地址
  *		返回值	:	返回链表尾部的地址
  */
static struct list *find_list_tail(struct list **head)
{
	struct list *temp = *head;
	struct list *p = NULL;

	/* 判断链表是否为空 */
	if(NULL == temp)		/* 为空 */
	{
		return NULL;
	}
	else					/* 不为空 */
	{
		while(temp)
		{
			p = temp;
			temp = temp->next;
			if(NULL == temp) return p;
		}
	}

	return NULL;
}

/** 遍历一个链表，打印链表中每个元素所包含的数据
  * head : 表示要遍历的链表的头部的指针
  */
static void list_print_head(struct list **head)
{	
	struct list *temp;

	temp = *head;

	printf("list information form head:\n");
	while(temp)
	{
		printf("\tlist %d : %s\n", temp->id, temp->data);
		temp = temp->next;
	}
}

/** 遍历一个链表，打印链表中每个元素所包含的数据
  * tail : 表示要遍历的链表的尾部的指针
  */
static void list_print_tail(struct list **tail)
{	
	struct list *temp;

	temp = *tail;

	printf("list information form tail:\n");
	while(temp)
	{
		printf("\tlist %d : %s\n", temp->id, temp->data);
		temp = temp->prev;
	}
}


/* 主函数，程序的入口 */
int main(int argc, char *argv[])
{
	int i = 0;
	struct list *lists = NULL;

	/* 分配10个元素 */
	lists = malloc(sizeof(struct list) * 10);
	if(NULL == lists)
	{
		printf("malloc error!\n");
		return -1;
	}

	/* 将分配的10个元素依次填充数据并加入到链表当中 */
	for(i = 0; i < 10; i++)
	{
		lists[i].id = list_id++;
		sprintf(lists[i].data, "TECH-PRO - %d", i);

		list_add(&list_head, &lists[i]);
	}

	/* 从头部遍历链表，把链表中每个元素的信息都打印出来 */
	list_print_head(&list_head);

	/* 找到链表尾部 */
	list_tail = find_list_tail(&list_head);

	/* 从尾部遍历链表，把链表中每个元素的信息都打印出来 */
	list_print_tail(&list_tail);

	return 0;
}