第十一课，双向链表

专题三：渐入佳境。包括以下章节：

1. 无招胜有招-静态链表
2. 气宗门道-循环链表
3. 剑宗门道-双向链表
4. 课后练习

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单链表的局限

1. 单链表的结点都只有一个指向下一个结点的指针

2. 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！！！

len = LinkList_Length(list);

for(i=len-1;len>=0;i--)
{
    LinkListNode* p= LinkList_Get(list, i);

    //访问数据元素p中的数据
    //... 
}

单链表的改进

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

循环链表的操作

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

双向链表的插入操作

双向链表的删除操作

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

小结

1. 双向链表在单链表的基础上增加了指向前驱的指针
2. 功能上双向链表可以完全取代单链表的使用
3. 循环链表的Next，Pre和Current操作可以高效的遍历链表中的所有元素

将单链表改写成双向链表

DLinkList.h

#ifndef _DLINKLIST_H_
#define _DLINKLIST_H_

typedef void DLinkList;
typedef struct _tag_DLinkListNode DLinkListNode;
struct _tag_DLinkListNode
{
    DLinkListNode* next;
    DLinkListNode* pre;
};

DLinkList* DLinkList_Create();

void DLinkList_Destroy(DLinkList* list);

void DLinkList_Clear(DLinkList* list);

int DLinkList_Length(DLinkList* list);

int DLinkList_Insert(DLinkList* list, DLinkListNode* node, int pos);

DLinkListNode* DLinkList_Get(DLinkList* list, int pos);

DLinkListNode* DLinkList_Delete(DLinkList* list, int pos);

DLinkListNode* DLinkList_DeleteNode(DLinkList* list, DLinkListNode* node);

DLinkListNode* DLinkList_Reset(DLinkList* list);

DLinkListNode* DLinkList_Current(DLinkList* list);

DLinkListNode* DLinkList_Next(DLinkList* list);

DLinkListNode* DLinkList_Pre(DLinkList* list);

#endif

DLinkList.c

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "DLinkList.h"

typedef struct _tag_DLinkList
{
    DLinkListNode header;
    DLinkListNode* slider;
    int length;
} TDLinkList;

DLinkList* DLinkList_Create() // O(1)
{
    TDLinkList* ret = (TDLinkList*)malloc(sizeof(TDLinkList));

    if( ret != NULL )
    {
        ret->length = 0;
        ret->header.next = NULL;
        ret->header.pre = NULL;
        ret->slider = NULL;
    }

    return ret;
}

void DLinkList_Destroy(DLinkList* list) // O(1)
{
    free(list);
}

void DLinkList_Clear(DLinkList* list) // O(1)
{
    TDLinkList* sList = (TDLinkList*)list;

    if( sList != NULL )
    {
        sList->length = 0;
        sList->header.next = NULL;
        sList->header.pre = NULL;
        sList->slider = NULL;
    }
}

int DLinkList_Length(DLinkList* list) // O(1)
{
    TDLinkList* sList = (TDLinkList*)list;
    int ret = -1;

    if( sList != NULL )
    {
        ret = sList->length;
    }

    return ret;
}

int DLinkList_Insert(DLinkList* list, DLinkListNode* node, int pos) // O(n)
{ 
    TDLinkList* sList = (TDLinkList*)list;
    int ret = (sList != NULL) && (pos >= 0) && (node != NULL);
    int i = 0;

    if( ret )
    {
        DLinkListNode* current = (DLinkListNode*)sList;
        DLinkListNode* next = NULL;

        for(i=0; (i<pos) && (current->next != NULL); i++)
        {
            current = current->next;
        }

        next = current->next;

        current->next = node;
        node->next = next;

        if( next != NULL )
        {
            next->pre = node;
        }

        node->pre = current;

        if( sList->length == 0 )
        {
            node->pre = NULL;
            sList->slider = node;
        }

        sList->length++;
    }

    return ret;
}

DLinkListNode* DLinkList_Get(DLinkList* list, int pos) // O(n)
{
    TDLinkList* sList = (TDLinkList*)list;
    DLinkListNode* ret = NULL;
    int i = 0;

    if( (sList != NULL) && (0 <= pos) && (pos < sList->length) )
    {
        DLinkListNode* current = (DLinkListNode*)sList;

        for(i=0; i<pos; i++)
        {
            current = current->next;
        }

        ret = current->next;
    }

    return ret;
}

DLinkListNode* DLinkList_Delete(DLinkList* list, int pos) // O(n)
{
    TDLinkList* sList = (TDLinkList*)list;
    DLinkListNode* ret = NULL;
    int i = 0;

    if( (sList != NULL) && (0 <= pos) && (pos < sList->length) )
    {
        DLinkListNode* current = (DLinkListNode*)sList;
        DLinkListNode* next = NULL;

        for(i=0; i<pos; i++)
        {
            current = current->next;
        }

        ret = current->next;
        next = ret->next;

        current->next = next;

        if( next != NULL )
        {
            next->pre = current;

            if( current == (DLinkListNode*)sList )
            {
                next->pre = NULL;
            }
        }

        if( sList->slider == ret )
        {
            sList->slider = next;
        }

        sList->length--;
    }

    return ret;
}

DLinkListNode* DLinkList_DeleteNode(DLinkList* list, DLinkListNode* node)
{
    TDLinkList* sList = (TDLinkList*)list;
    DLinkListNode* ret = NULL;
    int i = 0;

    if( sList != NULL )
    {
        DLinkListNode* current = (DLinkListNode*)sList;

        for(i=0; i<sList->length; i++)
        {
            if( current->next == node )
            {
                ret = current->next;
                break;
            }

            current = current->next;
        }

        if( ret != NULL )
        {
            DLinkList_Delete(sList, i);
        }
    }

    return ret;
}

DLinkListNode* DLinkList_Reset(DLinkList* list)
{
    TDLinkList* sList = (TDLinkList*)list;
    DLinkListNode* ret = NULL;

    if( sList != NULL )
    {
        sList->slider = sList->header.next;
        ret = sList->slider;
    }

    return ret;
}

DLinkListNode* DLinkList_Current(DLinkList* list)
{
    TDLinkList* sList = (TDLinkList*)list;
    DLinkListNode* ret = NULL;

    if( sList != NULL )
    {
        ret = sList->slider;
    }

    return ret;
}

DLinkListNode* DLinkList_Next(DLinkList* list)
{
    TDLinkList* sList = (TDLinkList*)list;
    DLinkListNode* ret = NULL;

    if( (sList != NULL) && (sList->slider != NULL) )
    {
        ret = sList->slider;
        sList->slider = ret->next;
    }

    return ret;
}

DLinkListNode* DLinkList_Pre(DLinkList* list)
{
    TDLinkList* sList = (TDLinkList*)list;
    DLinkListNode* ret = NULL;

    if( (sList != NULL) && (sList->slider != NULL) )
    {
        ret = sList->slider;
        sList->slider = ret->pre;
    }

    return ret;
}

main.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "DLinkList.h"
/* run this program using the console pauser or add your own getch, system("pause") or input loop */

struct Value
{
    DLinkListNode header;
    int v;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i = 0;
    DLinkList* list = DLinkList_Create();
    struct Value* pv = NULL;
    struct Value v1;
    struct Value v2;
    struct Value v3;
    struct Value v4;
    struct Value v5;

    v1.v = 1;
    v2.v = 2;
    v3.v = 3;
    v4.v = 4;
    v5.v = 5;

    DLinkList_Insert(list, (DLinkListNode*)&v1, DLinkList_Length(list));
    DLinkList_Insert(list, (DLinkListNode*)&v2, DLinkList_Length(list));
    DLinkList_Insert(list, (DLinkListNode*)&v3, DLinkList_Length(list));
    DLinkList_Insert(list, (DLinkListNode*)&v4, DLinkList_Length(list));
    DLinkList_Insert(list, (DLinkListNode*)&v5, DLinkList_Length(list));

    for(i=0; i<DLinkList_Length(list); i++)
    {
        pv = (struct Value*)DLinkList_Get(list, i);

        printf("%d\n", pv->v);
    }

    printf("\n");

    DLinkList_Delete(list, DLinkList_Length(list)-1);
    DLinkList_Delete(list, 0);

    for(i=0; i<DLinkList_Length(list); i++)
    {
        pv = (struct Value*)DLinkList_Next(list);

        printf("%d\n", pv->v);
    }

    printf("\n");

    DLinkList_Reset(list);
    DLinkList_Next(list);

    pv = (struct Value*)DLinkList_Current(list);

    printf("%d\n", pv->v);

    DLinkList_DeleteNode(list, (DLinkListNode*)pv);

    pv = (struct Value*)DLinkList_Current(list);

    printf("%d\n", pv->v);

    DLinkList_Pre(list);

    pv = (struct Value*)DLinkList_Current(list);

    printf("%d\n", pv->v);

    printf("Length: %d\n", DLinkList_Length(list));

    DLinkList_Destroy(list);

    return 0;
}