数据结构线性表——带头双向循环链表

news2024/11/18 22:37:43

前言：小伙伴们好久不见啦，上篇文章我们一起学习了数据结构线性表其一的单链表，了解了单链表的不少好处，但是不可能有完美的数据结构，就算是单链表，也会有很多缺点。

那么今天这篇文章，我们就来学习单链表的promax版本——带头双向循环链表。

一.什么是带头双向循环链表

关于带头双向循环链表，我们将它拆分为带头、双向、循环、链表四个部分，其中链表我们已经知道是怎么回事了，那我们就来一起结合下图分析前三个概念。

1.带头 

        所谓带头，也就是在链表的开头处，有一个不存放任何数据的头节点，我们通常称其为“哨兵位”。

        那么哨兵位存在的意义是什么呢？？？

        它可以帮助我们更方便的进行对链表的各种操作。具体好在哪里，我们结合后边实现链表的各种操作来进行展示。

2.双向

        我们前边学习过的单链表，它的每个节点之间只有一条链子相连，并且只能由前一个节点去找到后一个节点。

        而双向链表，也就是两个节点之间有两条链子相连，不仅能从前一个找到后一个，也能从后一个去找到前一个。

3.循环

        循环，顾名思义，就是将链表的头尾也进行连接，形成一个逻辑意义上的环形链表。

那么理解完带头双向循环链表的含义之后，我就就一起来看看到底来如何实现它吧。

此后我们将该链表的名字简化为双链表。

二.双链表的实现

1.双链表的定义

typedef int DLLDataType;
//定义双链表
typedef struct DLinkList
{
	DLLDataType data;
	struct DLinkList* prev;//指向前一个节点
	struct DLinkList* next;//指向后一个节点
}DLLNode;

双链表是在单链表的基础上，比它多出一个prev指针去指向前一个节点，还是比较容易理解的。

2.双链表的初始化

//初始化双链表
DLLNode* DLinkListInit()
{
	DLLNode* phead = (DLLNode*)malloc(sizeof(DLLNode));
	if (phead == NULL)
	{
		perror("DLinkListInit->malloc");
	}
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}

双链表的初始化需要先造出哨兵位，考虑到链表为空，并且链表还要循环，所以我们将哨兵位的prev和next都指向自己。

    DLLNode* dll = DLinkListInit();

创建一个双链表，我们习惯于运用上述方式。

因为如果用单链表的初始化方式，我们需要用到二级指针，但是我们后续双链表各种功能的操作，完全不和二级指针沾边。

所以为了让我们的双链表全部由一级指针完成，选择采用接收函数返回值的方式来创建双链表。

3.双链表节点的创建

DLLNode* CreateNewNode(DLLDataType x)
{
	DLLNode* newnode = (DLLNode*)malloc(sizeof(DLLNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("CreateNewNode->malloc");
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	return newnode;
}

双链表创建新节点就和单链表差不多啦，要注意的就是不要忘记两个指针置空，防止出现野指针。

这样，我们就实现了一个基本的双链表框架，下面来实现双链表的各种基础操作。

 三.双链表的操作

1.双链表的打印

那么为了方便其他功能的测试，我们还是先来实现双链表的打印功能：

void DLinkListPrint(DLLNode* phead)
{
	assert(phead);
	DLLNode* cur = phead->next;
	printf("phead<=>");
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<=>", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("phead\n");
}

我们还是严格的进行一下assert断言，如果phead为空，就说明双链表不存在。

这里要注意两点：

1.cur为什么是phead->next？？？

        不难理解，我们在双链表初始化的时候，给到dll的返回值是哨兵位，但是哨兵位不存储数据，所以要从哨兵位的下一个节点开始。

2.while循环的判断条件

        因为我们是一个可循环的链表，所以并不存在cur为空的情况，但是cur最后会重新指向哨兵位，所以当cur == phead时，说明我们已经将双链表遍历一遍了。

至于printf函数的内容，只是为了好看哈哈，展示一下：

这样能够让大家更形象的认识双链表。

2.双链表的尾插

双链表的尾插相较于单链表有什么优势呢？？？

单链表想尾插，首先要进行循环找尾，时间复杂度就高了，但是双链表就好办，因为哨兵位的前一个节点就是尾，也就是phead->prev，尾找到之后，就好办了：

//尾插
void DLinkListPushBack(DLLNode* phead, DLLDataType x)
{
	assert(phead);
	DLLNode* newnode = CreateNewNode(x);
	DLLNode* tail = phead->prev;
	tail->next = newnode;
	newnode->next = phead;
	newnode->prev = tail;
	phead->prev = newnode;
}

用tail代替尾，接下来的一顿操作，就是：

旧尾的next指向新尾

新尾的next指向哨兵位

新尾的prev指向旧尾

哨兵位的prev指向新尾

看起来很简单，但是我们知道，单链表必须得考虑一下链表是否为空的特例，但是双链表不需要。

因为双链表如果为空，那就只有哨兵位，哨兵位自己的头尾相连，带入上述代码操作之后，不会有任何错误。

 3.双链表的尾删

尾删就更简单了，只需要找到尾，再通过尾找到尾的前一个节点，再让此节点和哨兵位互连，再将尾free即可：

//尾删
void DLinkListPopBack(DLLNode* phead)
{
	assert(phead);
	DLLNode* tail = phead->prev;
	DLLNode* tailprev = tail->prev;
	phead->prev = tailprev;
	tailprev->next = phead;
	free(tail);
	tail = NULL;
}

尾删要考虑只有一个节点的特例吗，依然不用，因为就算是空链表，进行一顿操作之后，还是让哨兵位自己头尾相连。

到这里，小伙伴们是否已经感受到了哨兵位，以及双链表的强势之处啦。

4.双链表的头插

头插就和尾插差不多了，这里我直接给出代码，希望小伙伴们可以自己理解掌握哦。

//头插
void DLinkListPushFront(DLLNode* phead, DLLDataType x)
{
	assert(phead);
	DLLNode* head = phead->next;
	DLLNode* newnode = CreateNewNode(x);
	phead->next = newnode;
	newnode->next = head;
	head->prev = newnode;
	newnode->prev = phead;
}

5.双链表的头删

头删也和尾删类似：

//头删
void DLinkListPopFront(DLLNode* phead)
{
	assert(phead);
	DLLNode* head = phead->next;
	DLLNode* headnext = head->next;
	phead->next = headnext;
	headnext->prev = phead;
	free(head);
	head = NULL;
}

6.双链表的查找

如果是查找的话，那我们还得老老实实的从头遍历：

//查找
DLLNode* DLinkListFind(DLLNode* phead,DLLDataType x)
{
	assert(phead);
	DLLNode* cur = phead->next;
	while(cur)
	{
		if (cur->data == x)
			return cur;
		else
			cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

还是要注意这里while循环的条件，和双链表的打印一样。

7.双链表的任意插

双链表的任意位置的插入依然要和查找连用，因为只有查找才能得到pos位置的地址。

但是我们这里规定一下，任意插就是pos位置前插。

比如说我想在表的第四个位置插入新数据，那我就要把第四个位置空出来，让原来的第四位以及他后边的都老老实实往后退。

这样一来，我们就需要找到pos节点的前一个节点，这样方便我们进行操作：

//pos位置插
void DLinkListInsert(DLLNode* pos, DLLDataType x)
{
	assert(pos);
	DLLNode* newnode = CreateNewNode(x);
	DLLNode* posprev = pos->prev;
	posprev->next = newnode;
	newnode->prev = posprev;
	pos->prev = newnode;
	newnode->next = pos;
}

8.双链表的任意删

任意删的形式就和任意插差不多，只是还需要另外记录pos的下一个节点：

//pos位置删
void DLinkListEease(DLLNode* pos)
{
	assert(pos);
	DLLNode* posprev = pos->prev;
	DLLNode* posnext = pos->next;
	posprev->next = posnext;
	posnext->prev = posprev;
	free(pos);
    pos = NULL;
}

9.双链表的修改

想要修改数据，还是要用查找操作来找到要修改pos位置的地址，而后就简单了：

//pos位置改
void DLinkListAmend(DLLNode* pos, DLLDataType x)
{
	assert(pos);
	pos->data = x;
}

直接修改data即可。

10.双链表的销毁

双链表的销毁，同样是需要遍历对个个空间进行free，值得注意的是，哨兵位也需要销毁：

//销毁
void DLinkListDestroy(DLLNode* phead)
{
	assert(phead);
	DLLNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		DLLNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

四.完整代码展示

1.DLinkList.h

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>

typedef int DLLDataType;
//定义双链表
typedef struct DLinkList
{
	DLLDataType data;
	struct DLinkList* prev;
	struct DLinkList* next;
}DLLNode;

//初始化双链表
DLLNode* DLinkListInit();
//打印双链表
void DLinkListPrint(DLLNode* phead);
//创造新节点
DLLNode* CreateNewNode(DLLDataType x);
//尾插
void DLinkListPushBack(DLLNode* phead, DLLDataType x);
//尾删
void DLinkListPopBack(DLLNode* phead);
//头插
void DLinkListPushFront(DLLNode* phead, DLLDataType x);
//头删
void DLinkListPopFront(DLLNode* phead);
//查找
DLLNode* DLinkListFind(DLLNode* phead,DLLDataType x);
//pos位置插
void DLinkListInsert(DLLNode* pos, DLLDataType x);
//pos位置删
void DLinkListEease(DLLNode* pos);
//pos位置改
void DLinkListAmend(DLLNode* pos,DLLDataType x);
//销毁
void DLinkListDestroy(DLLNode* phead);

2.DLinkList.c

#include "DLinkList.h"
//初始化双链表
DLLNode* DLinkListInit()
{
	DLLNode* phead = (DLLNode*)malloc(sizeof(DLLNode));
	if (phead == NULL)
	{
		perror("DLinkListInit->malloc");
	}
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}
//打印双链表
void DLinkListPrint(DLLNode* phead)
{
	assert(phead);
	DLLNode* cur = phead->next;
	printf("phead<=>");
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<=>", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("phead\n");
}
//创造新节点
DLLNode* CreateNewNode(DLLDataType x)
{
	DLLNode* newnode = (DLLNode*)malloc(sizeof(DLLNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("CreateNewNode->malloc");
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	return newnode;
}
//尾插
void DLinkListPushBack(DLLNode* phead, DLLDataType x)
{
	assert(phead);
	DLLNode* newnode = CreateNewNode(x);
	DLLNode* tail = phead->prev;
	tail->next = newnode;
	newnode->next = phead;
	newnode->prev = tail;
	phead->prev = newnode;
}
//尾删
void DLinkListPopBack(DLLNode* phead)
{
	assert(phead);
	DLLNode* tail = phead->prev;
	DLLNode* tailprev = tail->prev;
	phead->prev = tailprev;
	tailprev->next = phead;
	free(tail);
	tail = NULL;
}
//头插
void DLinkListPushFront(DLLNode* phead, DLLDataType x)
{
	assert(phead);
	DLLNode* head = phead->next;
	DLLNode* newnode = CreateNewNode(x);
	phead->next = newnode;
	newnode->next = head;
	head->prev = newnode;
	newnode->prev = phead;
}
//头删
void DLinkListPopFront(DLLNode* phead)
{
	assert(phead);
	DLLNode* head = phead->next;
	DLLNode* headnext = head->next;
	phead->next = headnext;
	headnext->prev = phead;
	free(head);
	head = NULL;
}
//查找
DLLNode* DLinkListFind(DLLNode* phead,DLLDataType x)
{
	assert(phead);
	DLLNode* cur = phead->next;
	while(cur)
	{
		if (cur->data == x)
			return cur;
		else
			cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}
//pos位置插
void DLinkListInsert(DLLNode* pos, DLLDataType x)
{
	assert(pos);
	DLLNode* newnode = CreateNewNode(x);
	DLLNode* posprev = pos->prev;
	posprev->next = newnode;
	newnode->prev = posprev;
	pos->prev = newnode;
	newnode->next = pos;
}
//pos位置删
void DLinkListEease(DLLNode* pos)
{
	assert(pos);
	DLLNode* posprev = pos->prev;
	DLLNode* posnext = pos->next;
	posprev->next = posnext;
	posnext->prev = posprev;
	free(pos);
	pos = NULL;
}
//pos位置改
void DLinkListAmend(DLLNode* pos, DLLDataType x)
{
	assert(pos);
	pos->data = x;
}
//销毁
void DLinkListDestroy(DLLNode* phead)
{
	assert(phead);
	DLLNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		DLLNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

测试代码大家自行进行测试，这里就不在进行展示啦。

五.总结

双链表相比于单链表还是有很大优势的，建议大家在学习过单链表的基础上完全靠自己的写一写双链表，这将会让你对链表知识的掌握更上一层楼！

最后还是提醒大家不要忘记一键三连哦！！！

我们下期再见啦！

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