【数据结构】带头双向循环链表的实现

news2024/9/25 9:28:42

目录

        一、什么是带头双向循环链表

        二、带头双向循环链表的实现

              1、创建一个动态头结点

              2、双向链表初始化

              3、打印双向链表

              4、双向链表尾插

              5、双向链表尾删

              6、双向链表头插

              7、双向链表头删

              8、双向链表查找

              9、双向链表在pos的前面进行插入x

              10、双向链表删除pos位置的结点

              11、销毁链表

              12、双向链表的长度

              13、判空

        三、源代码

              1、DList.h

              2、DList.c

              3、test.c

        四、顺序表和链表的优缺点

一、什么是带头双向循环链表

带头双向循环链表：结构最复杂，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。另外这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带 来很多优势，实现反而简单了。可以说是一种完美的链表，既可以向前也可以向后。

链表的声明
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	LTDataType data;
}LTNode;

二、带头双向循环链表的实现

 1、创建一个动态头结点

 首先先创建一个动态节点以便后面在插入时候的使用。

LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	node->data = x;
	node->next = NULL;
	node->prev = NULL;
	return node;
}

 2、双向链表初始化

带头双向循环链表是带有头节点的，所以开辟一个头节点，然后让这个头节点的前后指针域都指向自己，就实现了初始化。

LTNode* ListInit()
{
	LTNode* phead = BuyListNode(-1);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}

 3、打印双向链表

 这里需要另外一个指针cur去遍历一遍链表，当回到头节点的时候就结束。

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

 4、双向链表尾插

逻辑如下图，图只要画出来就比较清晰。 

void ListPushBcak(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);	
    LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* tail = phead->prev;

	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

 5、双向链表尾删

逻辑如下，根据下图就可以表示出尾删。

void ListPopBcak(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailPrev = tail->prev;
	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;
	free(tail);
}

 6、双向链表头插

 逻辑如下，根据下图就可以表示出头插。

void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* first = phead->next;
	//phead newnode first
	//顺序无关
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
	newnode->next = first;
	first->prev = newnode;
}

 7、双向链表头删

逻辑如下： 

void ListPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);//是否为空
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = first->next;
	free(first);
	phead->next = second;
	second->prev = phead;
}

 8、双向链表查找

从链表的头结点的后面结点开始逐一匹配，直到找到值相同的结点进行返回，若当查找结点一直后到头结点时意味着没有该结点，就返回NULL。

LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

 9、双向链表在pos的前面进行插入x

逻辑如下图： 

void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	//prev  newnode  pos
	prev->next = newnode;
	newnode->prev = prev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

 10、双向链表删除pos位置的结点

逻辑如下图： 

void ListErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* next = pos->next;
	free(pos);
	prev->next = next;
	next->prev = prev;
}

 11、销毁链表

 双向链表和单链表一样，逐个遍历，逐个销毁。

void ListDestory(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(phead);
}

 12、双向链表的长度

size_t ListSize(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	size_t size = 0;
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		++size;
		cur = cur->next;
	}
	return size;
}

 13、判空

bool ListEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return phead->next == phead;
}

三、源代码

 1、DList.h

#pragma once

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

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	LTDataType data;
}LTNode;


//创建一个动态头结点
LTNode* BuyListNode(LTDataType x);
//初始化
LTNode* ListInit();

//打印链表
void ListPrint(LTNode* phead);

//双向链表尾插
void ListPushBcak(LTNode* phead, LTDataType x);
//双向链表尾删
void ListPopBcak(LTNode* phead);

//双向链表头插
void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
//双向链表头删
void ListPopFront(LTNode* phead);

//双向链表查找
LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x);

//双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//双向链表删除pos位置的结点
void ListErase(LTNode* pos);

//判空
bool ListEmpty(LTNode* phead);

size_t ListSize(LTNode* phead);

//销毁链表
void ListDestory(LTNode* phead);

 2、DList.c

#include "DList.h"

//创建一个动态头结点
LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	node->data = x;
	node->next = NULL;
	node->prev = NULL;
	return node;
}
//初始化
LTNode* ListInit()
{
	LTNode* phead = BuyListNode(-1);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}

//打印链表
void ListPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}
//双向链表尾插
void ListPushBcak(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* tail = phead->prev;

	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}
//双向链表尾删
void ListPopBcak(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailPrev = tail->prev;
	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;
	free(tail);
}

//双向链表头插
void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* first = phead->next;
	//phead newnode first
	//顺序无关
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
	newnode->next = first;
	first->prev = newnode;
}
//双向链表头删
void ListPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);//是否为空
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = first->next;
	free(first);
	phead->next = second;
	second->prev = phead;
}

//双向链表查找
LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

//双向链表在pos的前面进行插入x
void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	//prev  newnode  pos
	prev->next = newnode;
	newnode->prev = prev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

//双向链表删除pos位置的结点
void ListErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* next = pos->next;
	free(pos);
	prev->next = next;
	next->prev = prev;
}

//判空
bool ListEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return phead->next == phead;
}

size_t ListSize(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	size_t size = 0;
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		++size;
		cur = cur->next;
	}
	return size;
}

//销毁链表
void ListDestory(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(phead);
}

 3、test.c

void TestList1()
{
	LTNode* phead = ListInit();
	ListPushBcak(phead, 1);
	ListPushBcak(phead, 2);
	ListPushBcak(phead, 3);
	ListPushBcak(phead, 4);
	ListPushBcak(phead, 5);
	ListPrint(phead);

	ListPopBcak(phead);
	ListPrint(phead);
	ListPopBcak(phead);
	ListPrint(phead);

	ListPushFront(phead, 10);
	ListPushFront(phead, 20);
	ListPushFront(phead, 30);
	ListPrint(phead);

	ListPopFront(phead);
	ListPrint(phead);
	LTNode* pos = ListFind(phead, 2);
	if (pos)
	{
		pos->data *= 100;
	}
	ListPrint(phead);
	ListDestory(phead);
	phead = NULL;
}
int main()
{
	TestList1();
	return 0;
}

四、顺序表和链表的优缺点

1、顺序表优点：尾插，尾删方便，下标的随机访问快。缓存利用率高。

2、顺序表缺点：空间不足时需要扩容（扩容要付出相应代价），插入删除数据需要挪动数据。

3、链表优点：插入删除方便，按需申请释放小块结点内存。
4、链表缺点：不能随机访问下标。缓存利用率低。

不同点顺序表链表
存储空间上物理上一定连续逻辑上连续，但物理上不一定连续
随机访问支持O(1)不支持：O(N)
任意位置插入或者删除 元素可能需要搬移元素，效率低 O(N)只需修改指针指向
插入动态顺序表，空间不够时需要扩容没有容量的概念
应用场景元素高效存储+频繁访问任意位置插入和删除频繁
缓存利用率高低

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