数据结构篇三：双向循环链表

news2024/9/20 16:40:37

文章目录

  • 前言
  • 双向链表的结构
  • 功能的解析及实现
    • 1. 双向链表的创建
    • 2. 创建头节点（初始化）
    • 3. 创建新结点
    • 4. 尾插
    • 5. 尾删
    • 6. 头插
    • 7. 头删
    • 8. 查找
    • 9. 在pos位置前插入
    • 10. 删除pos位置的结点
    • 11. 销毁
  • 代码实现
    • 1.ListNode.h
    • 2. ListNode.c
    • 3. test.c
  • 总结

前言

  前面我们学习了单链表的实现，我们发现它在进行从后往前查找的时候有很大的不便，为了解决这个问题，双向链表油然而生。它可以很好的解决单链表无法从后往前查找的困难。

双向链表的结构

在这里插入图片描述

  如图所示，它是有两个指针域，一个指向后一个结点，一个指向前一个结点。它存储了前一个结点的地址与后一个结点的地址，所以可以很方便的进行向前遍历或者向后遍历。同时它还是一个循环链表，可以通过第一个结点直接找到最后一个结点。

功能的解析及实现

1. 双向链表的创建

  就像前文所说，它包含了两个指针域和一个数据域，用来存放它前一个结点的地址和后一个结点的地址以及本身的数据。

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

2. 创建头节点（初始化）

  此次双向链表的结构我是采用了带头结点的结构，好处就是头节点是malloc出来的，是在堆区上存放，不会因为出了函数就被销毁，也意味着后续的各种操作我们只需要传递一级指针就会有实现单链表时传递二级指针的效果。

LTNode* ListInit()
{
	LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (phead == NULL)
	{
		return NULL;
	}
	phead->prev = phead;
	phead->next = phead;
	return phead;
}

3. 创建新结点

  每次插入新的数据都需要开辟新的结点，因此把它单独拿出来放到一个函数中实现。

LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		return NULL;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

4. 尾插

  因为是循环链表，我们可以通过第一个头节点直接找到尾结点，而在连接的时候，需要将新结点分别连接到头节点的prev以及尾结点的next，同时自身的prev存放尾结点的地址，next存放头节点的地址。如图：
在这里插入图片描述

void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	
	newnode->data = x;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
	newnode->prev = tail;
	tail->next = newnode;
}

5. 尾删

  在创建头节点时，我们是将头节点的prev与next都指向了它自身，因此我们可以通过头节点的next指向的是不是自身来判断是否为存放了数据。(头节点自身不存放数据)。与尾插类似，如图：
在这里插入图片描述

void ListPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	if (phead->next == phead)//判断链表是否存放了数据
	{
		return;
	}
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* prev = tail->prev;

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

6. 头插

  与尾插类似，只不过这个放到了最前面。在尾插是我们是有tail与phead来与新结点连接，头插也一样。先保存当前的第一个结点地址，然后再将新结点连接到头节点与原第一个结点的中间即可。

void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* next = phead->next;//保存当前的第一个结点地址
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);

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

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

7. 头删

  我们只需要保存第一个结点与第二节结点的地址，然后在将第二个与头节点连接，再释放掉第一个结点即可。同时还需要判断链表是否为空(即有没有元素存放其中)。

void ListPopFront(LTNode* phead)
{
	//assert(phead->next != phead);  //暴力解决

	//温和解决
	if (phead->next == phead)
	{
		return;
	}
	LTNode* prev = phead->next;
	LTNode* next = prev->next;

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

8. 查找

  依次遍历链表即可，从phead开始，一直到再次遇到phead结束（循环链表）。

LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	printf("该元素不存在\n");
	return NULL;
}

9. 在pos位置前插入

  与头插相似，这里只需要用prev保存pos位置的前一个结点地址，然后将新结点与prev与pos相连接即可。

void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	LTNode* prevPos = pos->prev;
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);

	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;

	newnode->prev = prevPos;
	prevPos->next = newnode;
}

10. 删除pos位置的结点

  保存pos的前一个结点地址与后一个结点地址，然后将彼此相连接，然后free掉pos结点就完成了。

void ListErase(LTNode* pos)
{
	LTNode* nextPos = pos->next;
	LTNode* prevPos = pos->prev;

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

11. 销毁

  动态开辟的结点在最后结束时都需要进行释放，防止出现内存泄漏。用cur保存当前准备要释放的结点，用next保存cur的下一个结点，释放完cur后，再将cur指向next，进行循环。

void ListDestroy(LTNode* phead)
{
	LTNode* cur = phead;
	LTNode* next = cur->next;

	while (cur)
	{
		free(cur);
		cur = NULL;

		if (cur != NULL)
		{
			cur = next;
			next = next->next;
		}
	}
}

代码实现

1.ListNode.h

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

typedef int LTDataType;

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

// 创建返回链表的头结点.
LTNode* ListInit();

// 双向链表销毁
void ListDestroy(LTNode* phead);

// 双向链表打印
void ListPrint(LTNode* phead);

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

// 双向链表尾删
void ListPopBack(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位置的节点
void ListErase(LTNode* pos);

2. ListNode.c

#include"ListNode.h"

LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		return NULL;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}
LTNode* ListInit()
{
	LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (phead == NULL)
	{
		return NULL;
	}
	phead->prev = phead;
	phead->next = phead;
	return phead;
}

void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	
	newnode->data = x;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
	newnode->prev = tail;
	tail->next = newnode;
}

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

void ListPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	if (phead->next == phead)
	{
		return;
	}
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* prev = tail->prev;

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

void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* next = phead->next;
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);

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

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

void ListPopFront(LTNode* phead)
{
	//assert(phead->next != phead);  //暴力解决

	//温和解决
	if (phead->next == phead)
	{
		return;
	}
	LTNode* prev = phead->next;
	LTNode* next = prev->next;

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

LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	printf("该元素不存在\n");
	return NULL;
}

void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	LTNode* prevPos = pos->prev;
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);

	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;

	newnode->prev = prevPos;
	prevPos->next = newnode;
}

void ListErase(LTNode* pos)
{
	LTNode* nextPos = pos->next;
	LTNode* prevPos = pos->prev;

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

void ListDestroy(LTNode* phead)
{
	LTNode* cur = phead;
	LTNode* next = cur->next;

	while (cur)
	{
		free(cur);
		cur = NULL;

		if (cur != NULL)
		{
			cur = next;
			next = next->next;
		}
	}
}

3. test.c

#include"ListNode.h"

void test()
{
	LTNode* phead = ListInit();
	if (phead == NULL)
	{
		return;
	}
	ListPushBack(phead, 1);//测试:尾插
	ListPushBack(phead, 2);
	ListPushBack(phead, 3);
	ListPushBack(phead, 4);
	ListPrint(phead);

  	ListPopBack(phead);//测试:尾删
	ListPopBack(phead);
	ListPopBack(phead);
	ListPrint(phead);

	ListPopBack(phead);//测试:如果链表为空继续删除会不会报错
	ListPopBack(phead);

	ListPushBack(phead, 1);//尾插一个数据来对比头插
	ListPushFront(phead, 1);//测试:头插
	ListPushFront(phead, 2);
	ListPushFront(phead, 3);
	ListPushFront(phead, 4);
	ListPrint(phead);

	ListPopFront(phead);//测试:头删
	ListPopFront(phead);
	ListPopFront(phead);
	ListPrint(phead);

	ListPopFront(phead);//测试:如果链表删除完毕，继续删除会不会报错
	ListPopFront(phead);
	ListPopFront(phead);
	ListPrint(phead);

	ListPushBack(phead, 1);//插入新元素进行后续测试
	ListPushBack(phead, 2);
	ListPushBack(phead, 3);
	ListPushBack(phead, 4);
	ListPrint(phead);
	ListFind(phead, 5);

	LTNode* pos = ListFind(phead, 2);//测试:在2前面插入数字5
	ListInsert(pos, 5);
	ListPrint(phead);

	pos = ListFind(phead, 2);//测试:删除结点2
	ListErase(pos);
	ListPrint(phead);

	ListDestroy(phead);//测试:销毁链表
}

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

总结

  总体而言难度不大，并且双向链表解决了单链表的很多问题，值得好好学习一下。并且在这里总结一下数据结构中形参能对实参产生影响的三种方式：二级指针，头节点（在堆区），返回值。
  双向循环链表就先告一段落了，如果发现文章哪里有问题可以在评论区提出来或者私信我嗷。接下来我会继续学习栈与队列，开启新的篇章，那么本期就到此结束，让我们下期再见！！觉得不错可以点个赞以示鼓励喔！！

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