带头节点 (非头指针) 双向链表 (doubly linked list)

线性表是一种线性结构，它具有相同类型的 n(n≥0)n \ (n ≥ 0)n (n≥0) 个数据元素组成的有限序列。线性表：数组、单向链表、双向链表。
doubly (bidirectional) linked list：双向链表

1. 单向链表 (singly linked list)

单向链表是一种使用指针来存储值的数据结构。链表中的每个节点包含一个字段，用于指向链表的下一个节点。另外有一个独立的根指针指向链表的第 1 个节点。由于节点在创建时是采用动态分配内存的方式，所以它们可能分布于内存之中。遍历链表是根据指针进行的，所以节点的物理排列无关紧要。单向链表只能以一个方向进行遍历。

为了把一个新值插入到一个有序的单链表中，你首先必须找到链表中合适的插入位置。对于无序单链表，新值可以插入到任何位置。把一个新节点链接到链表中需要两个步骤。首先，新节点的 link 字段必须设置为指向它的目标后续节点。其次，前一个节点的 link 字段必须设置为指向这个新节点。在许多其他语言中，插入函数保存一个指向前一个节点的指针来完成第 2 个步骤。但是，这个技巧使插入到链表的起始位置成为一种特殊情况，需要单独处理。在 C 语言中，你可以通过保存一个指向必须进行修改的 link 字段的指针，而不是保存一个指向前一个节点的指针，从而消除了这个特殊情况。

2. 双向链表 (doubly linked list)

双向链表中的每个节点包含两个 link 字段：其中一个指向链表的下一个节点，另一个指向链表的前一个节点。双向链表可以设置两个根指针，分别指向第 1 个节点和最后一个节点。因此，遍历双向链表可以从任何一端开始，而且在遍历过程中可以改变方向。为了把一个新节点插入到双向链表中，我们必须修改 4 个指针。新节点的前向和后向 link 字段必须被设置，前一个节点的后向 link 字段和后一个节点的前向 link 字段也必须进行修改，使它们指向这个新节点。

将类的声明和实现分离，在头文件 (.h 文件或 .hpp) 中尽量只包含声明，而在实现文件 (.cpp 文件) 中负责实现！C++ 编译器不支持对模板的分离式编译。

3. 带头节点 (非头指针) 双向链表 (doubly linked list)

3.1 insert_first - delete_node - display

//============================================================================
// Name        : doubly linked list
// Author      : Yongqiang Cheng
// Version     : Version 1.0.0
// Copyright   : Copyright (c) 2019 Yongqiang Cheng
// Description : Hello World in C++, Ansi-style
//============================================================================#ifndef _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#endif#define MAX_NODE_LEN 401#include <stdio.h>typedef struct NODE {int data;struct NODE *prev;struct NODE *next;
} Node;Node node_array[MAX_NODE_LEN];
int node_array_idx = 0;void insert_first(Node *head, Node *node)
{node->next = head->next;node->prev = head;// if (head->next != nullptr)if (node->next != nullptr){node->next->prev = node;}head->next = node;
}void delete_node(const Node *node)
{Node *prev_node = node->prev;Node *next_node = node->next;// current node - nodeprev_node->next = next_node;// if (node->next != nullptr)if (next_node != nullptr){next_node->prev = prev_node;}
}void display(const Node *head)
{int n = 1;Node *node = head->next;while (node != nullptr){printf("node %d: %d\n", n, node->data);++n;node = node->next;}
}int main()
{// 头节点 (非头指针)Node root;// initializationroot.prev = nullptr;root.next = nullptr;root.data = 0;for (int i = 0; i < MAX_NODE_LEN; ++i){node_array[i].prev = nullptr;node_array[i].next = nullptr;node_array[i].data = 0;}// insert 0node_array[0].data = 0;insert_first(&root, &(node_array[0]));// insert 2node_array[2].data = 2;insert_first(&root, &(node_array[2]));// insert 4node_array[4].data = 4;insert_first(&root, &(node_array[4]));// insert 6node_array[6].data = 6;insert_first(&root, &(node_array[6]));// insert 8node_array[8].data = 8;insert_first(&root, &(node_array[8]));display(&root);// delete 4delete_node(&(node_array[4]));printf("\ndelete data %d\n", 4);display(&root);// delete 0delete_node(&(node_array[0]));printf("\ndelete data %d\n", 0);display(&root);// delete 8delete_node(&(node_array[8]));printf("\ndelete data %d\n", 8);display(&root);// insert 10node_array[10].data = 10;insert_first(&root, &(node_array[10]));printf("\ninsert data %d\n", 10);display(&root);return 0;
}

node 1: 8
node 2: 6
node 3: 4
node 4: 2
node 5: 0delete data 4
node 1: 8
node 2: 6
node 3: 2
node 4: 0delete data 0
node 1: 8
node 2: 6
node 3: 2delete data 8
node 1: 6
node 2: 2insert data 10
node 1: 10
node 2: 6
node 3: 2
请按任意键继续. . .

3.2 insert_first - delete_node - display - traverse function

//============================================================================
// Name        : doubly linked list
// Author      : Yongqiang Cheng
// Version     : Version 1.0.0
// Copyright   : Copyright (c) 2019 Yongqiang Cheng
// Description : Hello World in C++, Ansi-style
//============================================================================#ifndef _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#endif#define MAX_NODE_LEN 401
#define NULL 0#include <stdio.h>typedef struct NODE {int data;struct NODE *prev;struct NODE *next;
} Node;Node node_array[MAX_NODE_LEN];
int node_array_idx = 0;void insert_first(Node *head, Node *node)
{node->next = head->next;node->prev = head;// if (head->next != NULL)if (node->next != NULL){node->next->prev = node;}head->next = node;
}void delete_node(const Node *node)
{Node *prev_node = node->prev;Node *next_node = node->next;// current node - nodeprev_node->next = next_node;// if (node->next != NULL)if (next_node != NULL){next_node->prev = prev_node;}
}void display(const Node *head)
{int n = 1;Node *node = head->next;while (node != NULL){printf("node %d: %d\n", n, node->data);++n;node = node->next;}
}int main()
{// 头节点 (非头指针)Node root;// initializationroot.prev = NULL;root.next = NULL;root.data = 0;for (int i = 0; i < MAX_NODE_LEN; ++i){node_array[i].prev = NULL;node_array[i].next = NULL;node_array[i].data = 0;}// insert 0node_array[0].data = 0;insert_first(&root, &(node_array[0]));// insert 2node_array[2].data = 2;insert_first(&root, &(node_array[2]));// insert 4node_array[4].data = 4;insert_first(&root, &(node_array[4]));// insert 6node_array[6].data = 6;insert_first(&root, &(node_array[6]));// insert 8node_array[8].data = 8;insert_first(&root, &(node_array[8]));display(&root);// delete 4delete_node(&(node_array[4]));printf("\ndelete data %d\n", 4);display(&root);// delete 0delete_node(&(node_array[0]));printf("\ndelete data %d\n", 0);display(&root);// delete 8delete_node(&(node_array[8]));printf("\ndelete data %d\n", 8);display(&root);// insert 10node_array[10].data = 10;insert_first(&root, &(node_array[10]));printf("\ninsert data %d\n", 10);display(&root);/********************************* traverse function *********************************/Node *head = &root;Node *ptr_node = head->next;Node *tmp_node;while (ptr_node != NULL){tmp_node = ptr_node->next;if (2 == ptr_node->data) {delete_node(ptr_node);}ptr_node = tmp_node;}/********************************* traverse function *********************************/printf("\ndelete data %d\n", 2);display(&root);return 0;
}

node 1: 8
node 2: 6
node 3: 4
node 4: 2
node 5: 0delete data 4
node 1: 8
node 2: 6
node 3: 2
node 4: 0delete data 0
node 1: 8
node 2: 6
node 3: 2delete data 8
node 1: 6
node 2: 2insert data 10
node 1: 10
node 2: 6
node 3: 2delete data 2
node 1: 10
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请按任意键继续. . .

3.3 insert_first - delete_node - display - traverse function

//============================================================================
// Name        : doubly linked list
// Author      : Yongqiang Cheng
// Version     : Version 1.0.0
// Copyright   : Copyright (c) 2019 Yongqiang Cheng
// Description : Hello World in C++, Ansi-style
//============================================================================#ifndef _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#endif#define MAX_NODE_LEN 401
#define NULL 0#include <stdio.h>typedef struct NODE {int data;struct NODE *prev;struct NODE *next;
} Node;Node node_array[MAX_NODE_LEN];
int node_array_idx = 0;void insert_first(Node *head, Node *node)
{node->next = head->next;node->prev = head;// if (head->next != NULL)if (node->next != NULL){node->next->prev = node;}head->next = node;
}void delete_node(const Node *node)
{Node *prev_node = node->prev;Node *next_node = node->next;// current node - nodeprev_node->next = next_node;// if (node->next != NULL)if (next_node != NULL){next_node->prev = prev_node;}
}void delete_node_v1(const Node *node)
{// current node - nodenode->prev->next = node->next;// if (node->next != NULL)if (node->next != NULL){node->next->prev = node->prev;}
}void display(const Node *head)
{int n = 1;Node *node = head->next;while (node != NULL){printf("node %d: %d\n", n, node->data);++n;node = node->next;}
}int main()
{// 头节点 (非头指针)Node root;// initializationroot.prev = NULL;root.next = NULL;root.data = 0;for (int i = 0; i < MAX_NODE_LEN; ++i){node_array[i].prev = NULL;node_array[i].next = NULL;node_array[i].data = 0;}// insert 0node_array[0].data = 0;insert_first(&root, &(node_array[0]));// insert 2node_array[2].data = 2;insert_first(&root, &(node_array[2]));// insert 4node_array[4].data = 4;insert_first(&root, &(node_array[4]));// insert 6node_array[6].data = 6;insert_first(&root, &(node_array[6]));// insert 8node_array[8].data = 8;insert_first(&root, &(node_array[8]));display(&root);// delete 4delete_node_v1(&(node_array[4]));printf("\ndelete data %d\n", 4);display(&root);// delete 0delete_node_v1(&(node_array[0]));printf("\ndelete data %d\n", 0);display(&root);// delete 8delete_node_v1(&(node_array[8]));printf("\ndelete data %d\n", 8);display(&root);// insert 10node_array[10].data = 10;insert_first(&root, &(node_array[10]));printf("\ninsert data %d\n", 10);display(&root);/********************************* traverse function *********************************/Node *head = &root;Node *ptr_node = head->next;Node *tmp_node;while (ptr_node != NULL){tmp_node = ptr_node->next;if (2 == ptr_node->data) {delete_node_v1(ptr_node);}ptr_node = tmp_node;}/********************************* traverse function *********************************/printf("\ndelete data %d\n", 2);display(&root);return 0;
}

node 1: 8
node 2: 6
node 3: 4
node 4: 2
node 5: 0delete data 4
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node 2: 6
node 3: 2
node 4: 0delete data 0
node 1: 8
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node 1: 6
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node 3: 2delete data 2
node 1: 10
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References

https://www.thecrazyprogrammer.com/2015/09/doubly-linked-list-in-c-and-cpp.html
https://www.alphacodingskills.com/ds/doubly-linked-list.php