20分钟写一个链表
前言
有一个学长在面试的时候被问到这样一个问题，“你可以用20分钟写一个链表吗？”学长第一反应是，至少要一两个小时吧，链表的基本操作实现，增删查改等。
但是带头结点的循环双链表真的可以在20分钟写出来，这个谜底我们文末揭晓。
1.带头结点的循环双链表
带头结点的循环双链表的结构如上图所示，双链表每个结点有两个指针，prev和next，prev指向前驱结点，next指向后继结点。
哨兵位的头结点不存储有效数据，OJ题中提到的头结点一般都是第一个结点。没有明确说明，一般认为单链表不带哨兵位的头结点。而且即使尾插要讨论链表是否为空的情况，一般也不用哨兵位的头结点，除非题目需要多个单链表进行尾插，每次都讨论过于麻烦，考虑使用哨兵位的头结点，这篇文章的第二部分是一个例子，感兴趣可以看一下。链表OJ经典题目及思路总结（二）头结点
1.1 链表的分类、线性表的对比
带哨兵位的头结点，尾插以及其他操作不需要考虑链表是否为空；
双链表，两个指针，可以很方便找到前驱结点和后继结点。
循环的双链表，在有头指针的情况下可以方便访问头、尾结点。
链表一共有八种类型，如下图所示
顺序表、单链表、双链表的简单比较如下
1.2 双链表基本操作代码实现
1.2.1 初始化
- 带头结点的循环双链表，初始化只有头结点，prev和next指针都指向自己。这也表明，只要
头指针的next域与头指针相等，即可判定链表为空。 - 与单链表相比，单链表是没有必要单独写一个初始化函数的；顺序表要初始化size等内容，也需要初始化函数。
- 带头结点的循环双链表很多操作，插入、删除都不需要更改头指针，因为有头结点的存在，链表不可能为空。所以插入、删除函数形参都是一级指针，为了保持接口的一致性，初始化函数也用一级指针，在函数内部动态申请空间、初始化，返回其地址即可。而单链表很多场景下一级指针搞不定，只能用二级指针，因此单链表的函数实现是一级、二级指针皆有。
代码实现如下方所示
//初始化
LTNode* LTInit()
{
LTNode* phead = BuyListNode(-1);
phead->prev = phead;
phead->next = phead;
return phead;
}
1.2.2 销毁、打印链表
销毁的思路是遍历并释放链表的结点，打印的思路是遍历并打印链表的结点。二者有一个共同点，就是遍历。值得一提的是，遍历的时候用临时变量cur（命名的可读性）来遍历，尽量不要动头指针，因为回头可能还有用。
List.h
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
struct ListNode* prev;
struct ListNode* next;
LTDataType data;
}LTNode;
LTNode* LTInit();
void LTDestroy(LTNode* phead);
bool LTEmpty(LTNode* phead);
LTNode* BuyListNode(LTDataType x);
void LTPrint(LTNode* phead);
void LTPushBack(LTNode* phead,LTDataType x);
void LTPopBack(LTNode* phead);
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPopFront(LTNode* phead);
void LTInsert(LTNode* phead, LTDataType x);
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTErase(LTNode* phead);
基本操作代码实现
Test.c
#include "List.h"
LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
if(node==NULL)
{
perror("malloc failed");
return NULL;//exit(-1);
}
node->data = x;
node->prev = NULL;
node->next = NULL;
return node;
}
//初始化
LTNode* LTInit()
{
LTNode* phead = BuyListNode(-1);
phead->prev = phead;
phead->next = phead;
return phead;
}
void LTDestroy(LTNode* phead)
{
assert(phead);
LTNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
LTNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
free(phead);
}
void LTPrint(LTNode* phead)
{
assert(phead);
printf("<=>head<=>");
LTNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
printf("%d<=>", cur->data);
cur = cur->next;
}
printf("\n");
}
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
assert(phead);
/*if (phead->next == phead)
return true;
else
return false;*/
return phead->next == phead;
}
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
LTInsert(phead,x);
/*assert(phead);
LTNode* newnode = BuyListNode(x);
LTNode* tail = phead->prev;
tail->next = newnode;
newnode->prev = tail;
newnode->next = phead;
phead->prev = newnode;*/
}
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
LTErase(phead->prev);
/*assert(phead);
assert(!LTEmpty(phead));
LTNode* tail = phead->prev;
LTNode* tailPrev = tail->prev;
tailPrev->next = phead;
phead->prev = tailPrev;
free(tail);
tail = NULL;*/
}
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
LTInsert(phead->next,x);
/*assert(phead);
LTNode* first = phead->next;
LTNode* newnode = BuyListNode(x);
//改链表指向的时候，可以先存储前驱或后继结点的位置，这样不需要过多考虑改指向的顺序问题
phead->next = newnode;
newnode->prev = phead;
newnode->next = first;
first->prev = newnode;*/
//改结点间指向，也可以直接改，但要注意顺序，因为如果改的过程中，链表断开，找不到原来的前驱或后继结点就麻烦了
//注意顺序
/*newnode->next = phead->next;
phead->next->prev = newnode;
phead->next = newnode;
newnode->prev = phead;*/
}
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
LTErase(phead->next);
/*assert(phead);
assert(!LTEmpty(phead));
LTNode* first = phead->next;
LTNode* firstNext = first->next;
phead->next = firstNext;
firstNext->prev = phead;
free(first);
first = NULL;*/
}
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
LTNode* newnode = BuyListNode(x);
LTNode* prev = pos->prev;
prev->next = newnode;
newnode->prev = prev;
newnode->next = pos;
pos->prev = newnode;
}
void LTErase(LTNode* pos)
{
assert(pos);
LTNode* p = pos->prev;
LTNode* n = pos->next;
p->next = n;
n->prev = p;
free(pos);
}
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
LTNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
if (cur->data == x)
return cur;
cur = cur->next;
}
return NULL;
}
总结
在实现插入、删除函数后，头插、尾插、头删、尾删直接复用即可，这种复用使得20分钟写一个链表成为可能。而且插入函数不需要像单链表插入那样遍历找尾结点，直接更改链表结点间的指向即可，如下图所示。
删除函数一般搭配查找函数，查找特定值结点的位置并删除。
原文地址：https://blog.csdn.net/m0_74328241/article/details/142685298
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