数据结构——双向循环链表

news2024/11/26 20:31:08

目录

前言

一、链表的分类

二、双向循环链表

2.1 开辟新的节点

2.2 链表初始化

2.3 打印链表

2.4 链表的尾插

2.5 链表的头插

2.6 链表的尾删

2.7 链表的头删

2.8 查找链表

2.9 在pos位置之后插入数据

2.10 删除pos位置的数据

三、完整代码实现

四、顺序表和双向链表的优缺点分析

总结

前言

我们之前讲了顺序表和单链表，它们但是线性表的一种，今天我们来讲链表中的双向循环链表。

一、链表的分类

链表的结构⾮常多样，以下情况组合起来就有8种（2 x 2 x 2）链表结构：
其中分为：

虽然有这么多的链表的结构，但是我们实际中最常⽤还是两种结构： 单链表 和 双向带头循环链表
1. 无头单向非循环链表：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
构的子结构，如哈希图、图的邻接表等等。另外这种结构在笔试⾯试中出现很多。
2. 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。

二、双向循环链表

我们之前讲了单链表，今天我们来实现双向带头循环链表。

接口实现：

//list.h

//链表初始化
//void LTInit(LTNode** pphead);
LTNode* LTInit();

//打印链表
void LTPrint(LTNode* phead);

//尾插 在最后有效节点或者哨兵位前插入都是尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);

//头插 在第一个有效节点之前插入
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);

//头删
void LTPopFront(LTNode* phead);

//查找节点
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);

//在pos后面插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);

//删除pos位置的数据
void LTErase(LTNode* pos);

//销毁链表 保持接口一致性
//void LTDesTroy(LTNode** pphead);

void LTDesTroy(LTNode* phead);

在实现代码前，我们要先用结构体来定义链表的类型。由于是循环链表，所以我们需要两个指针，分别指向节点的前驱节点和后继节点。

typedef int LTDataType;
//双向循环链表结构体类型
typedef struct ListNode {
	LTDataType data;
	struct ListNode* prev;//前驱节点
	struct ListNode* next;//后继节点
}LTNode;

2.1 开辟新的节点

在初始化之前，我们来实现开辟新的节点

//新的节点
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x) {
	//为新的节点开辟空间
	LTNode* newNode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newNode == NULL) {
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	newNode->data = x;
	//让新节点头尾相连
	newNode->next = newNode->prev = newNode;
	return newNode;
}

2.2 链表初始化

链表的初始化我们可以有两种写法：

//写法一 传入头节点的地址
void LTInit(LTNode** pphead) {
	assert(pphead);
    //哨兵位
	*pphead = LTBuyNode(-1);
}
//写法二 返回哨兵位,不传入值
LTNode* LTInit() {
	LTNode* pphead = LTBuyNode(-1);
	return pphead;
}

我们给哨兵位的值赋为-1(任意都可以，哨兵位不作为有效数据)。

我们更推荐使用第二种方法，因为保持接口的一致性。

2.3 打印链表

如果我们往链表中插入数据，可以通过打印知道是否插入成功

void LTPrint(LTNode* phead) {
	assert(phead);
	//从哨兵位下一个节点开始打印
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead) {
		printf("%d->", pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}

其中要注意的是循环开始是从哨兵位下一个节点开始的，结束条件是pcur走到哨兵位，即遍历了整个链表。

2.4 链表的尾插

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x) {
	assert(phead);
    //要插入的新的节点
	LTNode* newNode = LTBuyNode(x);
	
    //phead phead->prev newNode
	
	newNode->next = phead;
	newNode->prev = phead->prev;

	phead->prev->next = newNode;
	phead->prev = newNode;
}

尾插入一个节点，我们要改变的是哨兵位，哨兵位的前驱节点(即尾节点)，新节点三个节点的指向

2.5 链表的头插

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x) {
	assert(phead);
    //插入的新节点
	LTNode* newNode = LTBuyNode(x);

	//phead phead->next newNode

	newNode->next = phead->next;
	newNode->prev = phead;

	phead->next->prev = newNode;
	phead->next = newNode;
}

头插入一个节点，我们要改变的是哨兵位，哨兵位的后继节点(即第一个有效数据节点)，新节点三个节点的指向

2.6 链表的尾删

void LTPopBack(LTNode* phead) {
	assert(phead);
    //链表不为空
	assert(phead->next != phead);

	//phead phead->prev->prev(prev) phead->prev(del)
	LTNode* prev = phead->prev->prev;
	LTNode* del = phead->prev;

	phead->prev = prev;
	prev->next = phead;
	free(del);
	del = NULL;
}

尾部删除一个节点，我们要改变的是删除元素的前驱节点，哨兵位的指向，最后释放删除节点

2.7 链表的头删

void LTPopFront(LTNode* phead) {
	assert(phead);
    //链表不为空
	assert(phead->next != phead);

	//phead phead->next(del) phead->next->next(next)
	LTNode* del = phead->next;
	LTNode* next = phead->next->next;

	phead->next = next;
	next->prev = phead;
	free(del);
	del = NULL;
}

头部删除一个节点，我们要改变的是哨兵位，删除节点的后继节点，最后释放删除节点

2.8 查找链表

如果我们要指定位置插入或者删除，我们就要找到这个位置，我们进行链表的查找

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

如果存在返回当前节点，不存在返回空。

2.9 在pos位置之后插入数据

void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x) {
	assert(pos);
	LTNode* newNode = LTBuyNode(x);

	//newNode pos pos->next

	newNode->next = pos->next;
	newNode->prev = pos;

	pos->next->prev = newNode;
	pos->next = newNode;
}

我们要改变新节点，pos节点，pos节点的后继节点的指向。

注意：我们要先把pos的后继节点的前驱节点指向新节点，才能把pos的后继节点指向新节点，不然反过来会找不到pos节点后继节点的位置。

2.10 删除pos位置的数据

//删除pos位置的数据
void LTErase(LTNode* pos) {
	assert(pos);

	pos->prev->next = pos->next;
	pos->next->prev = pos->prev;
	free(pos);
	pos = NULL;
}

我们要改变新节点，pos节点的前驱，pos节点的后继节点的指向。

2.11 销毁链表

因为每个节点都是单独开辟的空间，所以我们要依次销毁。

//方法一
void LTDesTroy(LTNode** pphead) {
	assert(pphead);
	//哨兵位不能为空
	assert(*pphead);

	LTNode* pcur = (*pphead)->next;
	while (pcur != *pphead) {
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	free(*pphead);
	*pphead = NULL;
}
//方法二
void LTDesTroy(LTNode* phead) {
	assert(phead);

	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead) {
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur =next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

与链表的初始化一样，我们有两种方法，但是我们一般选择第二种方法，为了保持接口的一致性，但是第二种方法我们要在函数外面手动给链表置为空。

三、完整代码实现

list.h

#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>

typedef int LTDataType;
//双向循环链表结构体类型
typedef struct ListNode {
	LTDataType data;
	struct ListNode* prev;//前驱节点
	struct ListNode* next;//后继节点
}LTNode;

//链表初始化
//void LTInit(LTNode** pphead);
LTNode* LTInit();

//打印链表
void LTPrint(LTNode* phead);

//尾插 在最后有效节点或者哨兵位前插入都是尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);

//头插 在第一个有效节点之前插入
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);

//头删
void LTPopFront(LTNode* phead);

//查找节点
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);

//在pos后面插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);

//删除pos位置的数据
void LTErase(LTNode* pos);

//销毁链表 保持接口一致性
//void LTDesTroy(LTNode** pphead);

void LTDesTroy(LTNode* phead);

list.c

#include"list.h"

//新的节点
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x) {
	//为新的节点开辟空间
	LTNode* newNode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newNode == NULL) {
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	newNode->data = x;
	//让新节点头尾相连
	newNode->next = newNode->prev = newNode;
	return newNode;
}

//链表初始化
//写法一 传入头节点的地址
//void LTInit(LTNode** pphead) {
//	assert(pphead);
//   哨兵位
//	*pphead = LTBuyNode(-1);
//}
//写法二 返回哨兵位,不传入值
LTNode* LTInit() {
	LTNode* pphead = LTBuyNode(-1);
	return pphead;
}

//打印链表
void LTPrint(LTNode* phead) {
	assert(phead);
	//从哨兵位下一个节点开始打印
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead) {
		printf("%d->", pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}

//尾插	
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x) {
	assert(phead);
	LTNode* newNode = LTBuyNode(x);
	//phead phead->prev newNode
	
	newNode->next = phead;
	newNode->prev = phead->prev;

	phead->prev->next = newNode;
	phead->prev = newNode;
}

//头插	
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x) {
	assert(phead);
	LTNode* newNode = LTBuyNode(x);

	//phead phead->next newNode

	newNode->next = phead->next;
	newNode->prev = phead;

	phead->next->prev = newNode;
	phead->next = newNode;
}

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead) {
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	//phead phead->prev->prev(prev) phead->prev(del)
	LTNode* prev = phead->prev->prev;
	LTNode* del = phead->prev;

	phead->prev = prev;
	prev->next = phead;
	free(del);
	del = NULL;
}

//头删
void LTPopFront(LTNode* phead) {
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	//phead phead->next(del) phead->next->next(next)
	LTNode* del = phead->next;
	LTNode* next = phead->next->next;

	phead->next = next;
	next->prev = phead;
	free(del);
	del = NULL;
}

//查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x) {
	assert(phead);
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead) {
		if (pcur->data == x) {
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;
}

//在pos位置之后插入数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x) {
	assert(pos);
	LTNode* newNode = LTBuyNode(x);

	//newNode pos pos->next

	newNode->next = pos->next;
	newNode->prev = pos;

	pos->next->prev = newNode;
	pos->next = newNode;
}

//删除pos位置的数据
void LTErase(LTNode* pos) {
	assert(pos);

	pos->prev->next = pos->next;
	pos->next->prev = pos->prev;
	free(pos);
	pos = NULL;
}

//销毁链表
/*void LTDesTroy(LTNode** pphead) {
	assert(pphead);
	//哨兵位不能为空
	assert(*pphead);

	LTNode* pcur = (*pphead)->next;
	while (pcur != *pphead) {
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	free(*pphead);
	*pphead = NULL;
}*/
void LTDesTroy(LTNode* phead) {
	assert(phead);

	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead) {
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur =next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

listest.c

#include"list.h"

void Listest() {
	//LTNode* plist = NULL;
	//LTInit(&plist);
	LTNode* plist=LTInit();
	//尾插
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);//1 2 3 4;
	LTPrint(plist);

	//头插
	/*LTPushFront(plist, 8);
	LTPushFront(plist, 7);
	LTPushFront(plist, 6);
	LTPushFront(plist, 5);
	LTPrint(plist);*/

	//尾删
	/*	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);
	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);
	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);
	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);
	//删除失败，链表为空
	//LTPopBack(plist);*/

	//头删
	/*LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);
	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);
	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);
	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);
	//删除错误链表为空
	//LTPopFront(plist);*/

	//查找
	LTNode* retFInd = LTFind(plist,1);
	/*if (retFInd) {
		printf("找到了\n");
	}
	else {
		printf("没找到\n");
	}*/

	//在pos后面插入数据
	/*LTInsert(retFInd, 50);
	LTPrint(plist);*/

	//删除pos位置上的数据
	/*LTErase(retFInd);
	LTPrint(plist);*/

	//销毁链表
	//LTDesTroy(&plist);
	//保持接口一致性
	LTDesTroy(plist);
	plist = NULL;
}


int main() {
	Listest();
	return 0;
}

四、顺序表和双向链表的优缺点分析

不同点
顺序表
链表（单链表）
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

总结

上述文章我们讲了链表的双向带头循环链表的实现，希望对你有所帮助

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