C语言超详细讲解双向带头循环链表

2023-02-14 15:02:35 双向 讲解 带头

在上一篇所讲述的单链表中，存在一些缺陷：

1、在进行尾插和尾删时，需要遍历链表找到尾结点

2、在进行中间插入和删除时，也需要先遍历链表找到前一个结点

对于这些缺陷，可以采用一种结构更为复杂的链表 双向带头循环链表

双向带头循环链表结构虽然复杂，但在链表的操作上带来了很大的优势

一、双向带头循环链表的结构

//存储数据的类型，这里以 int 来举例
typedef int LTDataType;
//结点的类型
typedef struct Listnode
{
	LTDataType data;
	struct ListNode* prev;
	struct ListNode* next;
}LTNode;

二、双向带头循环链表的函数接口

1. 申请结点

在插入等操作时需要申请结点，为了避免麻烦重复的操作，这里将申请结点封装为一个函数

申请结点函数如下：

LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		//开辟空间失败，打印错误信息
		perror("malloc");

		//结束程序
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->prev = newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

2. 初识化

在双向带头循环链表中，即使没有存储数据也 至少会包含一个哨兵位的头结点

初始化函数如下：

LTNode* InitLT()
{
	//申请头结点，头结点的数据存什么无关紧要
	LTNode* phead = BuyLTNode(-1);
	//改变指针指向，构成循环
	phead->prev = phead->next = phead;
	return phead;
}

3. 打印

为了验证插入、删除等得到的结果是否正确，提供打印函数，这里数据类型以 int 为例，当读者采用的类型不同时，自行更改函数即可

打印函数如下：

void LTPrint(LTNode* phead)
{
	//链表不能为空
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	printf("head->");
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("head\n");
}

4. 尾插尾删

尾插：在链表的最后一个结点之后插入结点

尾插函数如下：

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	//链表不能为空
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	//找到尾结点
	LTNode* tail = phead->prev;
	//改变指针指向
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

尾删：删除链表最后一个结点

尾删函数如下：

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);	//链表不能为空
	assert(phead->next != phead);	//空链表不能删
	//找尾结点及尾结点的前一个结点
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailPrev = tail->prev;
	//改变指针指向
	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;
	free(tail);
}

5. 头插头删

头插： 在第一个结点之前插入新结点

头插函数如下：

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	//链表不能为空
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	//找到头结点后的第一个结点
	LTNode* first = phead->next;
	//改变指针指向
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
	newnode->next = first;
	first->prev = newnode;
}

头删：删除链表的第一个结点

头删函数如下：

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);	//链表不能为空
	assert(phead->next != phead);	//空链表不能删
	//找到头结点后的第一个和第二个结点
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = first->next;
	//改变指针指向
	phead->next = second;
	second->prev = phead;
	free(first);
}

6. 查找

查找：如果数据存在，返回该数据结点的指针，不存在返回 NULL

查找函数如下：

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	//链表不能为空
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x) return cur;
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

7. 中间插入和删除

中间插入：通过查找函数 LTFind 获得指向结点的指针 pos，在 pos 指向的 结点之前 插入结点

在 pos 之前插入结点函数如下：

void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	//pos 不能为空
	assert(pos);
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	//找到 pos 的前一个结点
	LTNode* posPrev = pos->prev;
	//改变指针指向
	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

在调用中间插入函数 LTInsert 时

  • 如果在链表头结点之前插入数据，便和尾插函数的功能一样
  • 如果在链表头结点之后插入数据，便和头插函数的功能一样

因此在尾插和头插函数的实现中可以直接调用中间插入函数 LTInsert

尾插和头插函数更改如下：

//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	//链表不能为空
	assert(phead);
	LTInsert(phead, x);
}
//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	//链表不能为空
	assert(phead);
	LTInsert(phead->next, x);
}

中间删除：通过查找函数 LTFind 获得指向结点的指针 pos，删除 pos 指向的结点

删除 pos 指向的结点函数如下：

void LTErase(LTNode* pos)
{
	//pos 不能为空
	assert(pos);
	//找到 pos 的前一个和后一个结点
	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* posNext = pos->next;
	//改变指针指向
	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
	free(pos);
}

在调用中间删除函数 LTErase 时

  • 如果删除链表头结点的前一个结点，便和尾删函数的功能一样
  • 如果删除链表头结点的后一个结点，便和头删函数的功能一样

因此在尾删和头删函数的实现中可以直接调用中间删除函数 LTErase

尾删和头删函数更改如下：

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);	//链表不能为空
	assert(phead->next != phead);	//空链表不能删
	LTErase(phead->prev);
}
//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);	//链表不能为空
	assert(phead->next != phead);	//空链表不能删
	LTErase(phead->next);
}

8. 判空及求链表长度

判空：判断链表是否为空

判空函数如下：

bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	//链表不能为空
	assert(phead);
	return phead->next == phead;
}

链表长度：链表有效数据个数

链表长度函数如下：

size_t LTSize(LTNode* phead)
{
	//链表不能为空
	assert(phead);
	size_t size = 0;
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}
	return size;
}

9. 销毁单链表

在链表中，存储数据的结点是由自己开辟的，当不使用链表时，应将其销毁

销毁链表函数如下：

void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	//链表不能为空
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* curNext = cur->next;
		free(cur);
		cur = curNext;
	}
	free(phead);
}

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