数据结构学习笔记(4.线性表之双向链表)
本节知识点：
1.为什么选择双向链表：因为单向链表只能一直指向下一个链表元素，不能获得前一个元素，如果要进行逆序访问操作是极其耗时的，所以引入双向链表。
2.双向链表的结构：在单向链表的基础上增加了一个链表结构pre，如图。
注意：链表第一个元素的前驱pre不是指向头结点head，而是指向NULL，链表尾结点的后继next指向NULL
3.如何将一个单向链表改成双向链表：
第一步 (改变链表的结构加入前驱)：
struct Str_DLinkList //每一个链表元素的结构都会包含这个结构 因为当给链表元素强制类型
{ //转换成(DLinkListNode* )的时候 其实就是要开始对每个元素中的 DLinkListNode进行赋值了
DLinkListNode* next;
DLinkListNode* pre;
};
第二步 (改写插入函数)：
对于一个尾插法，如图：
(1).正常的链表插入操作，代码如下：
for(i=1; ( (i<pos) && (node->next != NULL) ); i++)
{
node = node->next;
}
/*此处的node是要插入元素的前一个值 Node是要删除的值*/
Node -> next = node -> next;
node -> next = Node;
(2).把刚刚插入的数据的前驱pre跟前一个数据元素相连，代码如下：
Node->pre = node;
对于一个正常插入，如图：
(1).正常的链表插入操作，代码如下：
for(i=1; ( (i<pos) && (node->next != NULL) ); i++)
{
node = node->next;
}
/*此处的node是要插入元素的前一个值 Node是要删除的值*/
Node -> next = node -> next;
node -> next = Node;
(2).先判断是不是尾插法，如果是尾插法，就像上一个情况一样，就不进行这一步的操作了，代码如下：
if(NULL != Node->next) //判断是否为尾插法 如果不是进入如下操作 如果是尾插法 最后一个链表元素不当作NULL的前驱
{
Node->next->pre = Node;
}
(3).把刚刚插入的数据的前驱pre跟前一个数据元素相连，代码如下：
Node->pre = node;
对于一个头插法，如图：
(1).正常的链表插入操作，代码如下：
for(i=1; ( (i<pos) && (node->next != NULL) ); i++)
{
node = node->next;
}
/*此处的node是要插入元素的前一个值 Node是要删除的值*/
Node -> next = node -> next;
node -> next = Node;
(2).把附近的两个链表的前驱pre都赋值为正确的值，代码如下：
if(NULL != Node->next) //判断是否为尾插法 如果不是进入如下操作 如果是尾插法 最后一个链表元素不当作NULL的前驱
{
Node->next->pre = Node;
}
Node->pre = node;
(3).如果是头插法，要记得把插入的元素结点的前驱pre赋值为NULL，代码如下：
if( node == (DLinkListNode* )head) //如果是头插法 就要将第一个链表元素的前驱写成NULL 不然前驱就变成了头节点了
{
Node->pre = NULL;
}
(4).第一次插入链表元素，要把游标指向插入的链表元素，代码如下：
if( 0==lhead->length ) //在第一次插入元素的时候 把游标指向第一次个元素
{
lhead->slider = Node;
}
第三步 (改写删除函数)：
有三种情况分别是：删除的是第一个结点元素，删除的是最后一个结点元素，删除的是中间结点元素。
(1).删除第一个结点元素：要注意给下一个结点元素的前驱pre赋值为NULL，不是指向head
(2).删除最后一个结点元素：要注意不要给next的前驱再赋值了，因为next已经为NULL了。并且此时要把游标往再往前面移动一个位置。代码如下：
DLinkListNode* Del_DLinkListNode(DLinkList* head, int pos)
{
DLinkListNode* ret = NULL;
int i = 0;
list_head* lhead = (list_head* )head;
if(( NULL != lhead) && (pos > 0) && (pos <= lhead->length))
{
DLinkListNode* node = (DLinkListNode* )head;
for(i=1; i<pos; i++)//执行 pos次 得到的是第pos位置的node 这个方法行不通
{ //因为要想删除第pos位置的node 应该先找到它上一个链表元素
node = node->next; //所以这里面i=1 比get函数少执行了一次 得到第pos-1位置的node
}
/*值得注意的是 此处的node是要删除元素的前一个值 ret是要删除的值*/
ret = node->next;
node->next = ret->next;
if(NULL != ret->next) //判断删除的值是否为最后一个元素
{
ret->next->pre = ret->pre;
if(node == (DLinkListNode* )head)//判断删除的值是否为第一个元素
{
ret->next->pre = NULL;
}
if(lhead->slider == ret) //判断删除的节点是否为游标的位置
{
lhead->slider = ret->next;
}
}
else
{
if(lhead->slider == ret) //判断删除的节点是否为游标的位置
{
lhead->slider = ret->pre;
}
}
lhead->length--;
}
return (DLinkListNode*)ret;
}
4.双向链表的快速排序：
对于双向链表进行快速排序的效率还不错，比用冒泡排序好很多~~~~~~~此时对快速排序还不是很理解~~~~~等到有了一定理解再回来想想吧！！！
想要提示的一点是，快排是依赖递归实现的，对于递归是有递归层次限制的(其实也是栈溢出的问题)，所以快排的最坏情况是已经排序好了的情况，所以对一个链表重复进行快排很容易出现栈溢出的问题！！！
本节代码：
DLinkList.c：
/*******************************************************************************************************
文件名：DLinkList.c
头文件：DLinkList.h
时间： 2013/08/17
作者： Hao
功能: 可以复用 带有增 删 改 查 功能的循环链表
难道： 1.typedef struct Str_DLinkList DLinkListNode; //这个结构体是链表的真身
struct Str_DLinkList //每一个链表元素的结构都会包含这个结构 因为当给链表元素强制类型
{ //转换成(DLinkListNode* )的时候 其实就是要开始对每个元素中的 DLinkListNode进行赋值了
DLinkListNode* next;
};
这个链表结构在链表元素中起到的作用 是本节的难点
2.切记一个问题 就是已经是链表中元素的 千万不要再往链表中添加了 否则链表一定出现无穷的错误
3.对于pos值的问题 add、get、del三个函数中 的链表都是 从1开始的到length 0是链表头
在add函数中pos为0的时候是和pos为1的情况是一样的 都是头插法 0~~~~~无穷大
在get函数中pos为0的时候是获得链表头 地址 0~~~~~length
在del函数中pos为0的时候是无效的 del失败 1~~~~~length
*******************************************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <malloc.h>
#include "DLinkList.h"
typedef struct str_list_head //这个是链表头 其实也可以当作一个没有前驱的 链表元素 元素的内容是链表长度
{
//DLinkListNode* next;
DLinkListNode head; //这个参数要特别重视 每一个链表元素结构的第一个参数一定是 DLinkListNode
//因为在寻找链表元素后继的时候 其实就是将链表元素强制类型转换成 DLinkListNode* 然后给next进行赋值 其实就是给 DLinkListNode变量赋值
DLinkListNode* slider;
int length; //链表长度
}list_head;
/*******************************************************************************************************
函数名： Creat_DLinkListHead
函数功能：创建一个链表的链表头 并给链表头分配空间
参数： void
返回值：ret 成功返回链表头地址 失败返回NULL
*******************************************************************************************************/
DLinkList* Creat_DLinkListHead(void)
{
list_head* ret = NULL;
ret = (list_head* )malloc( sizeof(list_head)*1 );
if(NULL != ret) //malloc分配成功
{
ret->length = 0;
//ret -> next = NULL;
ret->head.next = NULL;
ret->head.pre = NULL;
ret->slider = NULL;
}
return (DLinkList* )ret;
}
/*******************************************************************************************************
函数名：Destroy_DLinkListHead
函数功能：释放一个链表头指针
参数：DLinkList* head 链表头指针
返回值： ret 释放成功返回1 释放失败返回0
*******************************************************************************************************/
int Destroy_DLinkListHead(DLinkList* head)
{
int ret = 0;
list_head* lhead = (list_head* )head;
if( NULL != lhead )
{
free(lhead);
ret = 1;
}
return ret;
}
/*******************************************************************************************************
函数名:Get_Length
函数功能：获得链表的长度
参数: DLinkList* head 链表头指针
返回值： ret 成功返回链表长度 失败返回0
*******************************************************************************************************/
int Get_Length(DLinkList* head)
{
int ret = 0;
list_head* lhead = (list_head* )head;
if( NULL != lhead )
{
ret = lhead -> length;
}
return ret;
}
/*******************************************************************************************************
函数名：Clean_DLinkListHead
函数功能： 清空链表
参数： DLinkList* head 链表头指针
返回值：ret 成功返回1 失败返回0
*******************************************************************************************************/
int Clean_DLinkListHead(DLinkList* head)
{
int ret = 0;
list_head* lhead = (list_head* )head;
if( NULL != lhead )
{
lhead->length = 0;
//lhead -> next = NULL;
lhead->head.next = NULL;
lhead->head.pre = NULL;
lhead->slider = NULL;
ret = 1;
}
return ret;
}
/*******************************************************************************************************
函数名:Add_DLinkList
函数功能：往链表里面添加一个链表元素 如果pos的值是0(就是链表头)和1(链表的第一元素 链表元素个数是从1开始算的)都是头插法
pos的值大于链表长度是尾插法 这里面pos值得注意的是 i=1 pos为a的时候 是把链表元素插入第a个元素的位置
当i=0 pos为a的时候 是把链表元素插入 第a个元素位置的后面 切忌：这里面0位置是链表头指针 从1开始是链表元素
参数： DLinkList* head链表头指针 DLinkListNode* Node插入元素的指针(被强制类型转化成DLinkListNode*) int pos 插入位置
pos的有效值范围是 从0到无穷大
返回值： ret 插入成功返回1 插入失败返回0
*******************************************************************************************************/
int Add_DLinkList(DLinkList* head, DLinkListNode* Node, int pos)
{
int ret = 0;
int i = 0;
list_head* lhead = (list_head* )head;
DLinkListNode* node = (DLinkListNode* )head;
ret=( NULL != node) && ( NULL != Node) && (pos >= 0);
if(1 == ret)
{
for(i=1; ( (i<pos) && (node->next != NULL) ); i++)
{
node = node->next;
}
/*此处的node是要插入元素的前一个值 Node是要删除的值*/
Node -> next = node -> next;
node -> next = Node;
if(NULL != Node->next) //判断是否为尾插法 如果不是进入如下操作 如果是尾插法 最后一个链表元素不当作NULL的前驱
{
Node->next->pre = Node;
}
Node->pre = node;
if( 0==lhead->length ) //在第一次插入元素的时候 把游标指向第一次个元素
{
lhead->slider = Node;
}
if( node == (DLinkListNode* )head) //如果是头插法 就要将第一个链表元素的前驱写成NULL 不然前驱就变成了头节点了
{
Node->pre = NULL;
}
lhead -> length++;
}
return ret;
}
/*******************************************************************************************************
函数名：Get_DLinkListNode
函数功能：获得链表中第pos个元素位置的链表元素 链表是从1开始的 0是链表头 pos为0的时候表示get链表头
参数： DLinkList* head链表头指针 int pos获得链表元素的位置 pos的有效取值范围是 1 到 length 0是链表头
返回值： DLinkListNode*类型 第pos个链表元素的地址
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* Get_DLinkListNode(DLinkList* head, int pos)
{
int ret = 0;
int i = 0;
list_head* lhead = (list_head* )head;
ret=( NULL != lhead) && (pos >= 0) && (pos <= lhead->length);
if(1 == ret)
{
DLinkListNode* node = (DLinkListNode* )head;
for(i=0; i<pos; i++) //执行 pos次 得到的是第pos位置的node
{
node = node->next;
}
return (DLinkListNode*)node;
}
return NULL;
}
/*******************************************************************************************************
函数名：Del_DLinkListNode
函数功能：删除链表中第pos位置的链表元素
参数： DLinkList* head链表头指针 int pos删除链表元素的位置 pos是删除的链表元素的位置 跟get和add中的
pos是配套的 有效取值范围依然是 1到 length 在这个函数里面由于不能删除链表头 所以pos为0的时候无效
返回值： DLinkListNode* ret这个返回值很重要 因为这个删除仅仅是把链表元素踢出了链表 并没有free开辟的内存
应该通过这个返回的地址free 释放内存
删除成功返回 删除链表元素的地址 删除失败返回 NULL
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* Del_DLinkListNode(DLinkList* head, int pos)
{
DLinkListNode* ret = NULL;
int i = 0;
list_head* lhead = (list_head* )head;
if(( NULL != lhead) && (pos > 0) && (pos <= lhead->length))
{
DLinkListNode* node = (DLinkListNode* )head;
for(i=1; i<pos; i++)//执行 pos次 得到的是第pos位置的node 这个方法行不通
{ //因为要想删除第pos位置的node 应该先找到它上一个链表元素
node = node->next; //所以这里面i=1 比get函数少执行了一次 得到第pos-1位置的node
}
/*值得注意的是 此处的node是要删除元素的前一个值 ret是要删除的值*/
ret = node->next;
node->next = ret->next;
if(NULL != ret->next) //判断删除的值是否为最后一个元素
{
ret->next->pre = ret->pre;
if(node == (DLinkListNode* )head)//判断删除的值是否为第一个元素
{
ret->next->pre = NULL;
}
if(lhead->slider == ret) //判断删除的节点是否为游标的位置
{
lhead->slider = ret->next;
}
}
else
{
if(lhead->slider == ret) //判断删除的节点是否为游标的位置
{
lhead->slider = ret->pre;
}
}
lhead->length--;
}
return (DLinkListNode*)ret;
}
/*******************************************************************************************************
函数名： DLinkList_Slider
函数功能：获得当前游标指向的数据
参数： DLinkList* head
返回值：成功返回 DLinkListNode* ret 失败返回NULL
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* DLinkList_Slider(DLinkList* head)
{
DLinkListNode* ret = NULL;
list_head* lhead = (list_head* )head;
if( (NULL != lhead)&&(NULL != lhead->slider) )//保证slider是有效的
{
ret = lhead->slider;
}
return ret;
}
/*******************************************************************************************************
函数名： DLinkList_Reset
函数功能：重置游标 让游标指向head头节点后面的第一个元素
参数： DLinkList* head
返回值：成功返回 当前游标的指向DLinkListNode* ret 失败返回NULL
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* DLinkList_Reset(DLinkList* head)
{
DLinkListNode* ret = NULL;
list_head* lhead = (list_head* )head;
if(NULL != lhead)
{
lhead->slider = lhead->head.next;
ret = lhead->slider;
}
return ret;
}
/*******************************************************************************************************
函数名： DLinkList_Next
函数功能：使游标指向下一个元素
参数： DLinkList* head
返回值：成功返回 前游标的指向DLinkListNode* ret 失败返回NULL
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* DLinkList_Next(DLinkList* head)
{
DLinkListNode* ret = NULL;
list_head* lhead = (list_head* )head;
if((NULL != lhead)&&(NULL != lhead->slider)) //保证游标是有效的
{
ret = lhead->slider;
lhead->slider = ret->next;
}
return ret;
}
/*******************************************************************************************************
函数名： DLinkList_Pre
函数功能：使游标指向上一个元素
参数： DLinkList* head
返回值：成功返回 前游标的指向DLinkListNode* ret 失败返回NULL
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* DLinkList_Pre(DLinkList* head)
{
DLinkListNode* ret = NULL;
list_head* lhead = (list_head* )head;
if((NULL != lhead)&&(NULL != lhead->slider)) //保证游标是有效的
{
ret = lhead->slider;
lhead->slider = ret->pre;
}
return ret;
}
/*******************************************************************************************************
函数名： DLinkList_Del
函数功能：删除链表中的某个指定元素
参数： DLinkList* head DLinkListNode* node为指定的元素
返回值：成功返回 删除的链表元素 失败返回NULL
*******************************************************************************************************/
DLinkListNode* DLinkList_Del(DLinkList* head,DLinkListNode* node)
{ //这个函数主要是用来删除游标的返回值的
DLinkListNode* ret = NULL;
list_head* lhead = (list_head* )head;
int i=0;
if((NULL != head)&&(NULL != node))
{
DLinkListNode* current = (DLinkListNode*)lhead;
for(i=1; i<=lhead->length; i++)
{
if(node == current->next)
{
ret = current->next;
break;
}
current = current->next;
}
if(NULL == ret) //说明没有找到node
{
printf("put error!!!\n");
}
else //找到了node
{
Del_DLinkListNode(lhead,i);
printf("ii%d\n",i);
}
}
return ret;//返回删除的链表元素
}
/*****************************************************************************************************************
函数名： partion
函数功能：快速排序的子函数
参数： LinkList* pstHead 链表头 LinkListNode* pstLow 开始排序的头指针 LinkListNode* pstHigh 结束排序的尾指针
返回值： LinkListNode* partion 返回中值的指针
注意：way_id是比较的数据 data是交换的数据
*****************************************************************************************************************/
DLinkListNode* partion(DLinkList* pstHead, DLinkListNode* pstLow, DLinkListNode* pstHigh)
{
list* list_pstLow= (list*) pstLow;
list* list_pstHigh= (list*) pstHigh;
DATA iTmp;
unsigned int pivot = 0;
pivot = list_pstLow->data.way_id;
while ( pstLow != pstHigh )
{
//从后面往前换
while ( (pstLow != pstHigh) && (list_pstHigh->data.way_id >= pivot))
{
pstHigh = pstHigh->pre;
list_pstHigh = (list*) pstHigh;
}
//交换high low
iTmp = list_pstLow->data;
list_pstLow->data = list_pstHigh->data;
list_pstHigh->data = iTmp;
//从前往后换
while ( pstLow != pstHigh && list_pstLow->data.way_id <= pivot )
{
pstLow = pstLow->next;
list_pstLow = (list*)pstLow;
}
//交换high low
iTmp = list_pstLow->data;
list_pstLow->data = list_pstHigh->data;
list_pstHigh->data = iTmp;
}
return pstLow;
}
/*****************************************************************************************************************
函数名： quick_sort
函数功能：快速排序
参数： LinkList* pstHead 链表头指针 LinkListNode* pstLow 开始排序的头指针 LinkListNode* pstHigh 结束排序的尾指针
返回值：void 无返回值
*****************************************************************************************************************/
void quick_sort(DLinkList* pstHead, DLinkListNode* pstLow, DLinkListNode* pstHigh)
{
DLinkListNode* pstTmp = NULL;
pstTmp = partion(pstHead, pstLow, pstHigh);
if ( pstLow != pstTmp )
{
quick_sort(pstHead, pstLow, pstTmp->pre);
}
if ( pstHigh != pstTmp )
{
quick_sort(pstHead, pstTmp->next, pstHigh);
}
}
DLinkList.h：
#ifndef __DLinkList_H__
#define __DLinkList_H__
typedef void DLinkList; //这个是为了 封装方便
typedef struct Str_DLinkList DLinkListNode; //这个结构体是链表的真身
struct Str_DLinkList //每一个链表元素的结构都会包含这个结构 因为当给链表元素强制类型
{ //转换成(DLinkListNode* )的时候 其实就是要开始对每个元素中的 DLinkListNode进行赋值了
DLinkListNode* next;
DLinkListNode* pre;
};
/**************************************如下参数是为了快速排序罗列的****************************************/
typedef struct _tag_DATA
{
unsigned int data_length; //dat中前2个字节 表示一条信息的长度 在用多少个字节
unsigned int way_id; //4个字节 表示道路唯一id
unsigned int way_name_length;//2个字节 表示道路名称所占字节数 注意：这个不准
unsigned int way_data; //4个字节 表示道路信息 0~3位表示Class番号 4~6位表示岔路数 7位表示有无flag
unsigned char Class; //way_data & 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 0x0f
unsigned char byroad_num; //way_data & 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 0000 0x70
unsigned char flag; //way_data & 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000 0x80
char way_name[256]; //data_length-12个字节 表示道路名称
}DATA;
typedef struct _tag_list
{
DLinkListNode head;
DATA data;
}list;
/****************************************************************************************/
DLinkList* Creat_DLinkListHead(void);
int Destroy_DLinkListHead(DLinkList* head);
int Get_Length(DLinkList* head);
int Clean_DLinkListHead(DLinkList* head);
int Add_DLinkList(DLinkList* head, DLinkListNode* Node, int pos);
DLinkListNode* Get_DLinkListNode(DLinkList* head, int pos);
DLinkListNode* Del_DLinkListNode(DLinkList* head, int pos);
DLinkListNode* DLinkList_Slider(DLinkList* head);
DLinkListNode* DLinkList_Reset(DLinkList* head);
DLinkListNode* DLinkList_Next(DLinkList* head);
DLinkListNode* DLinkList_Pre(DLinkList* head);
DLinkListNode* DLinkList_Del(DLinkList* head,DLinkListNode* node);
#endif
main.c：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "DLinkList.h"
typedef struct _tag_str
{
DLinkListNode head;
int i;
}str;
int main(int argc, char *argv[])
{
int j = 0;
DLinkList* list_head;
list_head = Creat_DLinkListHead();
str str1,str2,str3,str4,str5,str6,*strp;
str1.i=1;
str2.i=2;
str3.i=3;
str4.i=4;
str5.i=5;
str6.i=6;
Add_DLinkList(list_head, (DLinkListNode*)&str1,12);
Add_DLinkList(list_head, (DLinkListNode*)&str2,12);
Add_DLinkList(list_head, (DLinkListNode*)&str3,12);
Add_DLinkList(list_head, (DLinkListNode*)&str4,12);
Add_DLinkList(list_head, (DLinkListNode*)&str5,12);
// Add_DLinkList(list_head, (DLinkListNode*)&str6,0);
for(j=1;j<=Get_Length(list_head);j++)
{
strp = (str* )Get_DLinkListNode(list_head, j);
printf("%d\n",strp->i);
}
printf("\n");
//DLinkList_Reset(list_head);
strp = (str* )DLinkList_Slider(list_head);
printf("%d\n",strp->i);
printf("\n");
for(j=1;j<=Get_Length(list_head)-1;j++)
{
DLinkList_Next(list_head);
strp = (str* )DLinkList_Slider(list_head);
printf("%d\n",strp->i);
}
DLinkList_Del(list_head,(DLinkListNode*)&str5);
printf("\n");
for(j=1;j<=Get_Length(list_head)-1;j++)
{
DLinkList_Pre(list_head);
strp = (str* )DLinkList_Slider(list_head);
printf("%d\n",strp->i);
}
Destroy_DLinkListHead(list_head);
return 0;
}
