上篇文章给大家讲解了无头单向循环链表，它的特点：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。但是呢，单链表在笔试中还是很常见的。
今天我给大家讲解一下带头双向链表，它的特点：结构复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。另外这个结构虽然复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势。
如图，这就是今天我为大家讲解的双链表结构了。下面跟随我的思路走下去，希望让你对链表有新的理解。
双链表的初始化：
- 今天我给大家带来另一种方式改变链表的结构，如果想了解双指针来改变链表的结构，可以参考参考我的上一篇单链表的博客。
- 思路：我创建了一个节点，然后把节点赋给了phead，再让它的上一个位置和下一个位置分别指向它自己，最后返回phead就是我们要的哨兵位的头节点了。
ListNode* ListCreate(ListDateType x) { ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode)); if (newnode == NULL) { perror("malloc fail"); exit(-1); } newnode->val = x; newnode->next = NULL; newnode->prev = NULL; return newnode; }
ListNode* ListInit() { ListNode* phead = ListCreate(0); phead->next = phead; phead->prev = phead; return phead; }
双链表的打印：
- 因为要让终端出现下面的样子，我就用到了打印的函数。
- 首先，还是老套路，我先断言了一下，防止传的参数有问题。
- 因为这里的phead是一个哨兵位，存放着无效的数据，所以，我就定义了一个cur的节点，用循环打印链表中的所有值，并标明他们的方向。
void ListPrint(ListNode* phead) { assert(phead); printf("phead<->"); ListNode* cur = phead->next; while (cur != phead) { printf("%d<->", cur->val); cur = cur->next; } printf("\n"); }
双链表的尾插：
- 在双链表尾插的时候，它的优势就体现出来了，如果是单链表，要尾插的话，是只有遍历找尾节点的，但是呢，如果是双向链表，phead的前一个节点就是尾节点，它就不用找尾，也不需要遍历了。这也是双链表的优势之一。
- 尾插思路：先断言一下，然后用tail保存尾节点，创建一个新节点，然后改变尾节点和头节点链接关系，让newnode为新的尾节点。
void ListPushBack(ListNode* phead,ListDateType x) { assert(phead); ListNode* tail = phead->prev; ListNode* newnode = ListCreate(x); tail->next = newnode; newnode->prev = tail; newnode->next = phead; phead->prev = newnode; }
双链表的头插：
- 思路：头插的话，就是先保存一下头节点的位置，然后创建一个新节点，然后改变他们的链接关系就可以了。因为我是先保存了它们的位置，所以谁先链接先都可以，如果没有保存的话，要向好逻辑，不要出现找不到头节点的位置了。
void ListPushFront(ListNode* phead, ListDateType x) { assert(phead); ListNode* newnode = ListCreate(x); ListNode* first = phead->next; phead->next = newnode; newnode->prev = phead; newnode->next = first; first->prev = newnode; }
双链表的尾删：
- 思路：尾删的话，就要记录一下尾节点的前一个节点了，然后去改变一下phead和尾节点前一个节点的链接关系。
void ListPopBack(ListNode* phead) { assert(phead); assert(phead->next != phead); ListNode* tail = phead->prev; ListNode* tailprev = phead->prev->prev; tailprev->next = phead; phead->prev = tailprev; free(tail); }
双链表的头删：
- 思路：头删的思路，其实和尾删的思路差不多，只不过这里保存的是phead之后的第二个节点了。然后就是改变链接关系。
void ListPopFront(ListNode* phead) { assert(phead); assert(phead != phead->next); ListNode* first = phead->next; ListNode* second = first->next; phead->next = second; second->prev = phead; free(first); }
双链表pos位置之前的插入：
- 思路：如果是插入的话，是不是和尾插和头插差不多呢，我在这里是保存的pos之前的节点，然后创建一个新的节点，让pos之前的节点指向新节点，让新节点和pos再建立连接关系。
void ListInsert(ListNode* pos, ListDateType x) { assert(pos); ListNode* posprev = pos->prev; ListNode* newnode = ListCreate(x); posprev->next = newnode; newnode->prev = posprev; newnode->next = pos; pos->prev = newnode; }
双链表pos位置的删除：
- 思路：pos位置要删除的话，保存pos上一个节点和pos下一个节点，然后free掉pos位置，再改变他们的链接关系。
void ListErase(ListNode* pos) { assert(pos); ListNode* posprev = pos->prev; ListNode* posnext = pos->next; posprev->next = posnext; posnext->prev = posprev; free(pos); }
大家看了pos位置的删除和pos之前的插入，是不是感觉和前面的尾插尾删和头插头删差不多呢，其实呢，最后的两个函数是可以进行对函数的复用的。
- 尾插：其实就是在ListInsert函数传phead就可以了，这样就实现了尾插。
ListInsert(phead, x);
- 头插：头插是改变phead之后的位置，所以直接传phead->next就可以了。
ListInsert(phead->next, x);
- 头删和尾删：因为我写的删除的函数是删除pos位置，所以传要删除的位置就可以了。
ListErase(phead->prev);
ListErase(phead->next);
关于顺序表和链表的区别：
- 存储空间上：顺序表在物理上是连续的，而链表逻辑上是连续的，而物理上是不一定连续的。
- 随机访问上：顺序表是支持随机访问的，而链表是不支持的，向要访问链表中的节点，是需要遍历的。
- 任意位置的插入和删除：在这里链表就有很大的优势了，链表只需要改变指向就可以实现对任意位置的插入和删除。但是对于顺序表，它可能需要搬运元素，效率太低了。
- 插入：顺序表因为是连续的，所以在插入的上面，可能会有malloc扩容，但是呢malloc是有消耗的，如果一次扩二倍，但是用的不多，就会造成对空间的浪费，如果一次扩的空间是+1，可能局面临着多次扩容，而malloc的消耗并不低，所以这是不可取的。而链表并没有容器的概念，在这方面有优势。
- 缓存利用率：顺序表的缓存命中率高，而链表低。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include "DoubleList.h" ListNode* ListCreate(ListDateType x) { ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode)); if (newnode == NULL) { perror("malloc fail"); exit(-1); } newnode->val = x; newnode->next = NULL; newnode->prev = NULL; return newnode; } ListNode* ListInit() { ListNode* phead = ListCreate(0); phead->next = phead; phead->prev = phead; return phead; } void ListPrint(ListNode* phead) { assert(phead); printf("phead<->"); ListNode* cur = phead->next; while (cur != phead) { printf("%d<->", cur->val); cur = cur->next; } printf("\n"); } void ListPushBack(ListNode* phead,ListDateType x) { assert(phead); //ListNode* tail = phead->prev; //ListNode* newnode = ListCreate(x); //tail->next = newnode; //newnode->prev = tail; //newnode->next = phead; //phead->prev = newnode; ListInsert(phead, x); } void ListPushFront(ListNode* phead, ListDateType x) { assert(phead); //ListNode* newnode = ListCreate(x); //ListNode* first = phead->next; //phead->next = newnode; //newnode->prev = phead; //newnode->next = first; //first->prev = newnode; ListInsert(phead->next, x); } void ListPopBack(ListNode* phead) { assert(phead); assert(phead->next != phead); //ListNode* tail = phead->prev; //ListNode* tailprev = phead->prev->prev; //tailprev->next = phead; //phead->prev = tailprev; //free(tail); ListErase(phead->prev); } void ListPopFront(ListNode* phead) { assert(phead); assert(phead != phead->next); //ListNode* first = phead->next; //ListNode* second = first->next; //phead->next = second; //second->prev = phead; //free(first); ListErase(phead->next); } int ListSize(ListNode* phead) { assert(phead); int size = 0; ListNode* cur = phead->next; while (cur != phead) { ++size; cur = cur->next; } return size; } void ListInsert(ListNode* pos, ListDateType x) { assert(pos); ListNode* posprev = pos->prev; ListNode* newnode = ListCreate(x); posprev->next = newnode; newnode->prev = posprev; newnode->next = pos; pos->prev = newnode; } void ListErase(ListNode* pos) { assert(pos); ListNode* posprev = pos->prev; ListNode* posnext = pos->next; posprev->next = posnext; posnext->prev = posprev; free(pos); }
什么是缓存利用率：
关于“Cache Line” ，缓存是把数据加载到离自己进的位置，对于CPU来说，CPU是一块一块存储的。而这就叫“Chche Line”。
我们所写的程序，其实都是会形成不同的指令，然后让CPU执行，但是呢，CPU执行速度快，内存跟不上，所以CPU一般都是把数据放到缓存中，对于小的字节来说，直接由寄存器来读取，大的字节会用到三级缓存。
简而言之，数据先被读取，然后运算，最后放到主存中，如果没有命令，就继续。
而顺序表呢，它的物理结构是连续的，它可能一开始没有命中，但是一旦缓存命中了，它可能就会被连续命中，所以这也是顺序表缓存利用率高的原因，而链表也是因为他的物理结构，导致缓存利用率低。
下面是双链表的源码：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include "DoubleList.h" ListNode* ListCreate(ListDateType x) { ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode)); if (newnode == NULL) { perror("malloc fail"); exit(-1); } newnode->val = x; newnode->next = NULL; newnode->prev = NULL; return newnode; } ListNode* ListInit() { ListNode* phead = ListCreate(0); phead->next = phead; phead->prev = phead; return phead; } void ListPrint(ListNode* phead) { assert(phead); printf("phead<->"); ListNode* cur = phead->next; while (cur != phead) { printf("%d<->", cur->val); cur = cur->next; } printf("\n"); } void ListPushBack(ListNode* phead,ListDateType x) { assert(phead); //ListNode* tail = phead->prev; //ListNode* newnode = ListCreate(x); //tail->next = newnode; //newnode->prev = tail; //newnode->next = phead; //phead->prev = newnode; ListInsert(phead, x); } void ListPushFront(ListNode* phead, ListDateType x) { assert(phead); //ListNode* newnode = ListCreate(x); //ListNode* first = phead->next; //phead->next = newnode; //newnode->prev = phead; //newnode->next = first; //first->prev = newnode; ListInsert(phead->next, x); } void ListPopBack(ListNode* phead) { assert(phead); assert(phead->next != phead); //ListNode* tail = phead->prev; //ListNode* tailprev = phead->prev->prev; //tailprev->next = phead; //phead->prev = tailprev; //free(tail); ListErase(phead->prev); } void ListPopFront(ListNode* phead) { assert(phead); assert(phead != phead->next); //ListNode* first = phead->next; //ListNode* second = first->next; //phead->next = second; //second->prev = phead; //free(first); ListErase(phead->next); } int ListSize(ListNode* phead) { assert(phead); int size = 0; ListNode* cur = phead->next; while (cur != phead) { ++size; cur = cur->next; } return size; } void ListInsert(ListNode* pos, ListDateType x) { assert(pos); ListNode* posprev = pos->prev; ListNode* newnode = ListCreate(x); posprev->next = newnode; newnode->prev = posprev; newnode->next = pos; pos->prev = newnode; } void ListErase(ListNode* pos) { assert(pos); ListNode* posprev = pos->prev; ListNode* posnext = pos->next; posprev->next = posnext; posnext->prev = posprev; free(pos); }
#pragma once #include <stdio.h> #include <assert.h> #include <stdlib.h> typedef int ListDateType; typedef struct ListNode { ListDateType val; struct ListNode* next; struct ListNode* prev; }ListNode; ListNode* ListCreate(ListDateType x); void ListPrint(ListNode* phead); ListNode* ListInit(); void ListPushBack(ListNode* phead,ListDateType x); void ListPushFront(ListNode* phead, ListDateType x); void ListPopBack(ListNode* phead); void ListPopFront(ListNode* phead); int ListSize(ListNode* phead); void ListInsert(ListNode* pos, ListDateType x); void ListErase(ListNode* pos);
