数据结构---手撕图解双向循环链表

news2025/1/9 1:50:37

文章目录

写在前面
双向循环链表的构造布局
- 带有哨兵位的布局
链表的构建
链表的销毁
链表的输出
链表的尾插
链表的尾删
链表的头插
链表的头删
链表的查找
链表的插入
链表的删除

写在前面

在前面学完单链表后，我们思考这样一个问题，单链表和顺序表比起来，功能确实相当强大，有很多优势，但是于此同时，我们也应思考下面的问题

单链表有什么不足的地方？

如果你把单链表的各个函数都自己实现过，那么下面的问题你一定有相同的感悟

单链表实现尾插尾删等操作，需要寻找尾部节点，而寻找尾部节点是一个相当繁琐的过程，需要从前向后寻找尾
单链表实现插入功能，对于单链表来说，通常实现的是在pos后插入，而不在pos前插入，原因就在于pos向前插入需要寻找前面的节点，而这个节点只能从前向后遍历寻找
单链表在实现函数时，要时时刻刻想到链表为空的情况，对于链表为空的情况要有特殊的处理方式

那么能不能想办法解决下面这些问题？

找尾部节点方便
找一个节点的上一个节点方便
不需要考虑空链表的空指针问题

于是数据结构中对于双向循环链表就解决了这个问题

双向循环链表的构造布局

带有哨兵位的布局

首先介绍什么是哨兵位

和它的名字一样，所谓哨兵位就是一个站哨的位置，它并不属于真实的队伍中的成员，而在链表中也是如此，在前面总结单链表所学的知识时，没有引入哨兵位的链表，而是直接用空链表进行写入，这样的目的不仅仅在于方便后续的OJ练习，同时也是适应特殊情况，为后续的c++学习做铺垫

而在双向循环链表中我们引入哨兵位的概念，作为哨兵的位置，它本身并不属于链表中的一部分，只是充当一个头的位置

哨兵位怎么设置？

链表的每一个节点我们都是通过结构体创建出来的，而很明显，哨兵位也是链表的节点，就意味着哨兵位也有指针部分和数据部分，那么对于数据部分我们应该怎么对它定义？

在一部分书中，哨兵位的数字部分会定义的链表的长度，也就是链表中元素的个数，这样乍一看似乎还不错，借助这个哨兵位还能获取到链表的长度

但是这样真的没问题吗？

事实上这是存在一定的问题的，假设这里选取的是char类型的数据类型，对于char类型的数据范围是从-128到127(char类型占1个字节决定的) 那么这里就有了一个新的问题，假设链表中存储的是char类型的数据，那么假设链表的长度为128呢？那么就会导致链表的实际长度和存储长度有很大差距

于是这里对于哨兵位我并不对它的数据部分有特殊的意义，单纯给它赋予一个值-1

带哨兵位的双向循环链表如下

在这里插入图片描述
上面就是双向循环链表的示意图，从中可以看出，每一个节点可以轻松找到它的下一个节点，以及最后一个节点和头节点是循环在一起的

既然是双向的链表，那么在定义结构体的过程就和单链表有所不同，这里的指针部分应该有两个，prev和next部分，那么结构体的定义如下

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	LTDataType _data;
	struct ListNode* _next;
	struct ListNode* _prev;
}ListNode;

这样就实现了对链表的定义，prev和next均有

和单链表相同，双向循环链表也离不开增删查改的基本操作，那么这里我们一个一个来实现这些功能

链表的构建

链表的构建就是构建一个phead的哨兵位节点，这个过程还是很简单的

ListNode* ListCreate()
{
	ListNode* phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (phead == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
	}
	assert(phead);
	phead->_data = -1;
	phead->_next = phead;
	phead->_prev = phead;
	return phead;
}

链表的销毁

有创建就离不开销毁，销毁的过程和单链表基本相似，都是通过指针把一个节点单独拿出来，free后再置空，代码实现如下

void ListDestory(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);

	ListNode* cur = pHead->_next;
	while (cur != pHead)
	{
		ListNode* next = cur->_next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
}

链表的输出

链表要打印在屏幕上的基本思路也和单链表基本一致，但需要注意的是，单链表的截止条件是当指针访问到空，而双向循环链表的条件是指针访问到头

void ListPrint(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->_next;
	printf("guard<==>");
	while (cur != pHead)
	{
		printf("%d<==>", cur->_data);
		cur = cur->_next;
	}
	printf("\n");
}

这样，双向循环链表也可以进行可视化管理了，那么下面就开始实现增删查改四大功能

链表的尾插

和单链表相似，但和它比起来更加简单，示意图如下：

在这里插入图片描述
那么代码是如何实现的？代码实现如下

ListNode* BuyListnode(LTDataType x)
{
	ListNode* phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (phead == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
	}
	assert(phead);
	phead->_data = x;
	phead->_next = NULL;
	phead->_prev = NULL;
	return phead;
}

void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
	ListNode* newnode = BuyListnode(x);
	ListNode* prevnode = pHead->_prev;

	prevnode->_next = newnode;
	newnode->_prev = prevnode;

	newnode->_next = pHead;
	pHead->_prev = newnode;
}

对比单链表的尾插不难发现，这个过程比单链表简单了很多，首先对于空链表的判断就更为简单，同时双向循环链表由于存在双向箭头，导致插入是很便利的，这个过程在pos位置插入时候会体现出双向链表特有的优势

链表的尾删

在这里插入图片描述
代码实现如下

bool LTempty(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	return  pHead->_next == pHead;
}

void ListPopBack(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	assert(!LTempty(pHead));

	ListNode* tail = pHead->_prev;

	pHead->_prev = tail->_prev;
	tail->_prev->_next = pHead;

	free(tail);
	tail = NULL;
}

== 这里我们对bool返回值的函数进行补充==

bool值意为真和假，在进行尾删时，我们需要首先进行判断链表到底是否为空，但由于双向循环链表，于是我们并不能直观通过判断空指针，这里封装了一个函数，用来判断是否为空，如果为空就返回真，如果不为空就返回假，那么我们在函数体内断言只需要看它不为空即可

链表的头插

在这里插入图片描述
代码实现如下：

void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
	ListNode* next = pHead->_next;
	ListNode* newnode = BuyListnode(x);
	assert(newnode);

	pHead->_next = newnode;
	newnode->_prev = pHead;

	next->_prev = newnode;
	newnode->_next = next;
}

链表的头删

从头删中其实就体现出了双向链表的优越性

在这里插入图片描述

void ListPopFront(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	assert(!LTempty(pHead));
	ListNode* first = pHead->_next;
	ListNode* second = first->_next;

	pHead->_next = second;
	second->_prev = pHead;

	free(first);
	first = NULL;
}

链表的查找

和单链表基本类似，这里不多介绍

ListNode* ListFind(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->_next;

	while (cur->_data != x)
	{
		cur = cur->_next;
	}

	return cur;
}

链表的插入

在pos前插入的原理如下

在这里插入图片描述

从中和单链表一对比就能够体现出双向链表的优越的地方，在单链表中我们通常不在pos前插入，原因就是pos前面的节点并不方便寻找，而双向链表就解决了这个问题

代码实现如下

void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
	ListNode* posprev = pos->_prev;
	ListNode* newnode = BuyListnode(x);
	assert(newnode);
	assert(pos);

	posprev->_next = newnode;
	newnode->_prev = posprev;

	newnode->_next = pos;
	pos->_prev = newnode;
}

链表的删除

在这里插入图片描述
这里和单链表的删除相似，不多描述

void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);
	ListNode* posprev = pos->_prev;
	ListNode* posnext = pos->_next;

	posprev->_next = posnext;
	posnext->_prev = posprev;

	free(pos);
	pos = NULL;
}