双向链表及创建（C语言）详解

目前我们所学到的链表，无论是动态链表还是静态链表，表中各节点中都只包含一个指针（游标），且都统一指向直接后继节点，通常称这类链表为单向链表（或单链表）。

虽然使用单链表能 解决逻辑关系为 "一对一" 数据的存储问题，但在解决某些特殊问题时，单链表并不是效率的存储结构。比如说，如果算法中需要大量地找某指定结点的前趋结点，使用单链表无疑是灾难性的，因为单链表更适 "从前往后" 找，而 "从后往前" 找并不是它的强项。

为了能够高效率解决类似的问题，本节来学习双向链表（简称双链表）。

从名字上理解双向链表，即链表是 "双向" 的，如图 1 所示：

双向，指的是各节点之间的逻辑关系是双向的，但通常头指针只设置一个，除非实际情况需要。

从图 1 中可以看到，双向链表中各节点包含以下 3 部分信息（如图 2 所示）：

1. 指针域：用于指向当前节点的直接前驱节点；
2. 数据域：用于存储数据元素。
3. 指针域：用于指向当前节点的直接后继节点；

因此，双链表的节点结构用 C 语言实现为：

typedef struct line{
struct line * prior; //指向直接前趋
int data;
struct line * next; //指向直接后继
}line;

双向链表的创建

同单链表相比，双链表仅是各节点多了一个用于指向直接前驱的指针域。因此，我们可以在单链表的基础轻松实现对双链表的创建。

需要注意的是，与单链表不同，双链表创建过程中，每创建一个新节点，都要与其前驱节点建立两次联系，分别是：

• 将新节点的 prior 指针指向直接前驱节点；

• 将直接前驱节点的 next 指针指向新节点；

这里给出创建双向链表的 C 语言实现代码：

line* initLine(line * head){
head=(line*)malloc(sizeof(line));//创建链表个结点（首元结点）
head->prior=NULL;
head->next=NULL;
head->data=1;
line * list=head;
for (int i=2; i<=3; i++) {
//创建并初始化一个新结点
line * body=(line*)malloc(sizeof(line));
body->prior=NULL;
body->next=NULL;
body->data=i;
list->next=body;//直接前趋结点的next指针指向新结点
body->prior=list;//新结点指向直接前趋结点
list=list->next;
}
return head;
}

我们可以尝试着在 main 函数中输出创建的双链表，C 语言代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//节点结构
typedef struct line{
struct line * prior;
int data;
struct line * next;
}line;
//双链表的创建函数
line* initLine(line * head);
//输出双链表的函数
void display(line * head);
int main() {
//创建一个头指针
line * head=NULL;
//调用链表创建函数
head=initLine(head);
//输出创建好的链表
display(head);
//显示双链表的优点
printf("链表中第 4 个节点的直接前驱是：%d",head->next->next->next->prior->data);
return 0;
}
line* initLine(line * head){
//创建一个首元节点，链表的头指针为head
head=(line*)malloc(sizeof(line));
//对节点进行初始化
head->prior=NULL;
head->next=NULL;
head->data=1;
//声明一个指向首元节点的指针，方便后期向链表中添加新创建的节点
line * list=head;
for (int i=2; i<=5; i++) {
//创建新的节点并初始化
line * body=(line*)malloc(sizeof(line));
body->prior=NULL;
body->next=NULL;
body->data=i;
//新节点与链表一个节点建立关系
list->next=body;
body->prior=list;
//list永远指向链表中一个节点
list=list->next;
}
//返回新创建的链表
return head;
}
void display(line * head){
line * temp=head;
while (temp) {
//如果该节点无后继节点，说明此节点是链表的一个节点
if (temp->next==NULL) {
printf("%d\n",temp->data);
}else{
printf("%d <-> ",temp->data);
}
temp=temp->next;
}
}

程序运行结果：

1 <-> 2 <-> 3 <-> 4 <-> 5

链表中第 4 个节点的直接前驱是：3