【系列文章推荐阅读】
- 【数据结构之队列】详细图解！在学习队列？看这一篇就够了！
- 【数据结构之栈】用详细图文把「栈」搞明白（原理篇）
- 【数据结构之链表】看完这篇文章我终于搞懂链表了
- 如何掌握 C 语言的一大利器——指针？
- 【数据结构之顺序表】用图和代码让你搞懂顺序结构线性表
0. 提要钩玄
文章【数据结构之链表】看完这篇文章我终于搞懂链表了已经介绍了链式存储结构，介绍了链式存储结构的最基本（简单）实现——单向链表。
单向链表，顾名思义，它是单向的。
因为单链表的每个结点只有一个数据域和一个指针域，而该指针域只存储了下一个结点的地址，所以我们只能通过某结点找到其直接后继结点，却不能通过某节点找到其直接前驱结点。
此外，由于单链表到尾结点（链表的最后一个结点）结束，所以尾结点的指针域是 NULL，以此来表示链表的终止，这就导致我们遍历到尾结点的时候，如果想再次遍历，只能手动回到头结点再开始遍历。
为了弥补单链表的上面两个缺点，下面介绍两种链表，它们都是单链表的变形，如果你理解了单链表，那么会很容易理解这两种变形。
1. 单向循环链表
1.1. 结构
单链表的尾结点的指针域是 NULL，所以单链表到此终止。如果我们使用单链表的尾结点的指针域存储头结点的地址，即尾结点的直接后继结点为头结点，如此一来，单链表就构成了一个环（循环），称之为单项循环链表。
1.2. 实现思路
单向循环链表是由单链表进化而来的，算是单链表的“儿子”，所以单链表的那一套结构对于单向循环链表来说完全适用，从上图你也可以看出，结构并无较大改变，二者所不同只在尾结点，所以我们只需要在尾结点和与尾结点相关的操作上下功夫就行了。
因此，单向循环链表的结构体和单链表的结构体相同。
/*单向循环链表的结点的结构体*/
typedef struct _Node {
int data; //数据域：存储数据
struct _Node *next; //指针域：存储直接后继结点的地址
} Node;
为了统一对空链表和非空链表的操作，我们使用带头结点的链表来实现它。
1.3. 空链表及初始化
一个空链表如图所示，只有一个头指针和头结点：
头结点的指针域指向其本身构成一个循环，我们可以借此来判断链表是否为空。
if (head->next == head) {
printf("空链表。\n");
}
想要初始化一个空链表很简单，创造头结点，使头结点的 next 指针指向其自身即可：
Node *create_node(int elem)
{
Node *new = (Node *) malloc(sizeof(Node));
new->data = elem;
new->next = NULL;
return new;
}
/**
* 初始化链表
* p_head: 指向头指针的指针
*/
void init(Node **p_head)
{
//创建头结点
Node *head_node = create_node(0);
//头指针指向头结点
*p_head = head_node;
//头结点的next指针指向其本身，构成环
head_node->next = head_node;
}
1.4. 插入操作
这里只演示头插法和尾插法
【头插法】
因为带头结点，所以不需要考虑是否为空链表。下图是向空链表中头插两个元素的过程：
/**
* 头插法，新结点为头结点的直接后继
* p_head: 指向头指针的指针
* elem: 新结点的数据
*/
void insert_at_head(Node **p_head, int elem)
{
Node *new = create_node(elem);
Node *head_node = *p_head; //头结点
//新结点插入头结点之后
new->next = head_node->next;
head_node->next = new;
}
【尾插法】
因为为了尽量简单，所以我们并没有设置指向尾结点的尾指针，所以在尾插之前，需要先借助某个指针，遍历至尾结点，然后再插入。
/**
* 尾插法：新插入的结点始终在链表尾
* p_head: 指向头指针的指针
* elem: 新结点的数据
*/
void insert_at_tail(Node **p_head, int elem)
{
Node *new = create_node(elem);
Node *head_node = *p_head; //头结点
Node *tail = head_node; //tail指针指向头结点
while (tail->next != head_node) { //tail遍历至链表尾
tail = tail->next;
}
//尾插
new->next = tail->next;
tail->next = new;
}
1.5. 删除操作
删除的本质是“跳过”待删除的结点，所以我们要找到待删除结点的直接前驱结点，然后让其直接前驱结点的 next 指针指向其直接后继结点，以此来“跳过”待删除结点，最后保存其数据域，释放结点，即完成删除。
这里只演示头删法。
因为删除的是头结点的直接后继结点，所以我们不必再费力寻找待删除结点的直接前驱结点了。
/**
* 头删法：删除头结点之后的结点
* p_head: 指向头指针的指针
* elem: 指向保存数据变量的指针
*/
void delete_from_head(Node **p_head, int *elem)
{
Node *head_node = *p_head; //头结点
if (head_node->next == head_node) {
printf("空链表，无元素可删。\n");
return;
}
Node *first_node = head_node->next; //首结点：头结点的下一个结点
*elem = first_node->data; //保存被删除结点的数据
head_node->next = first_node->next; //删除结点
free(first_node); //释放
}
1.6. 遍历操作
我们可以一圈又一圈地循环遍历链表，下面是循环打印 20 次结点地代码：
/**
* 循环打印20次结点
*/
void output_20(Node *head)
{
if (head->next == head) {
printf("空链表。\n");
return;
}
Node *p = head->next;
for (int i = 0; i <= 20; i++) {
if (p != head) { //不打印头结点
printf("%d ", p->data);
}
p = p->next;
}
printf("\n");
}
2. 双向链表
2.1. 结构
顾名思义，双向链表，就是有两个方向，一个指向前，一个指向后。这样我们就弥补了单链表的某个结点只能找到其直接后继的缺陷。如图所示：
2.2. 实现思路
为了实现能指前和指后的效果，只靠 next 指针肯定是不够的，所以我们需要再添加一个指针 —— prev，该指针指向某结点的直接前驱结点。
/*双向链表的结点结构体*/
typedef struct _Node {
int data; //数据域
struct _Node *prev; //指向直接前驱结点的指针
struct _Node *next; //指向直接后继结点的指针
} Node;
2.3. 空链表及初始化
双向链表的空链表如图所示：
要初始化一个这样的空链表，需要创造出头结点，然后将两个指针域置空即可：
Node *create_node(int elem)
{
Node *new = (Node *)malloc(sizeof(Node));
new->data = elem;
new->prev = NULL;
new->next = NULL;
return new;
}
void init(Node **p_head)
{
//创建头结点
Node *head_node = create_node(0);
//头指针指向头结点
*p_head = head_node;
}
2.4. 插入操作
这里只演示头插法，过程如下：
代码如下：
/**
* 头插法，新结点为头结点的直接后继
* p_head: 指向头指针的指针
* elem: 新结点的数据
*/
void insert_at_head(Node **p_head, int elem)
{
Node *new = create_node(elem);
Node *head_node = *p_head; //头结点
if (head_node->next != NULL) { //不为空链表
Node *first_node = head_node->next; //首结点：头结点的下一个结点
//首结点的prev指针指向new结点
first_node->prev = new;
//new结点的next指针指向首结点
new->next = first_node;
}
//new结点的prev指针指向头结点
new->prev = head_node;
//头结点的next指针指向new结点
head_node->next = new;
}
2.5. 删除操作
这里只演示头删法。下图是将一个有两个元素结点的双向链表头删为空链表的过程：
代码如下：
/**
* 头删法
* p_head: 指向头指针的指针
* elem: 指向保存变量的指针
*/
void delete_from_head(Node **p_head, int *elem)
{
Node *head_node = *p_head; //头结点
Node *first_node = head_node->next; //待删除的首结点：头结点的下一个结点
if (head_node->next == NULL) { //判空
printf("空链表，无元素可删。\n");
return;
}
*elem = first_node->data; //保存数据
if (first_node->next != NULL) {
first_node->next->prev = first_node->prev;
}
first_node->prev->next = first_node->next;
free(first_node);
}
2.6. 遍历操作
有了 next 指针域，我们可以一路向后遍历；有了 prev 指针域，我们可以一路向前遍历。
这里不再展示代码了。
3. 总结
了解了单向循环链表和双向链表，就像拿搭积木一样，我们还可以创造出来双向循环链表。这里就不再演示了，读者可以自行尝试。只要你搞懂上面三种链表，这绝非难事。
以上就是链表的花样玩法部分内容，以后还会继续更新。