数据结构-双向带头循环链表

news2024/11/27 16:29:22

  • 链表的分类
  • 实现带有哨兵位的双向的循环链表
    • **定义节点的结构**
    • 初始化单个节点
    • 初始化带有哨兵位的双向循环链表
    • 打印链表
    • 销毁链表
    • 尾插
    • 尾删
    • 头插
    • 头删
    • find函数
    • 在任意位置之前插入
    • 任意位置的删除
    • 全部代码
      • list.h
      • list.c
      • test.c
    • 链表和顺序表的区别

链表的分类

如下
在这里插入图片描述
根据上述的三种组合，一共分为8类

实现带有哨兵位的双向的循环链表

定义节点的结构

typedef int LTDataType;

typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;

	LTDataType data;
}LTNode;

初始化单个节点

LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode=(LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode==NULL)
	{
		perror("malloc fail");
	}

	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->data = x;

	return newnode;
}

初始化带有哨兵位的双向循环链表

作用：使链表在无数据的情况下就具有循环的特点

LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = BuyListNode(-1);

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

	return phead;
}

打印链表

哨兵位phead一定不能为空，否则无法连接下面的节点

void LTPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

	printf("<=head=>");
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur!=phead)
	{
		printf("%d<=>",cur->data);
		cur = cur->next;
	}

	printf("\n");
}

销毁链表

void LPDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

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

	free(phead);

}

尾插

需要三个节点即可布置好顺序
顺序为：tail newnode phead
在这里插入图片描述

void LTPushBack(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;

}

尾删

增加一个函数用于判断除哨兵位以外是否有其它的节点
bool类型只有两个取值：true和false
需要三个节点，顺序为：tailprev，tail，phead
在这里插入图片描述

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

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));

	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailprev = tail->prev;

	tailprev->next = phead;
	phead->prev = tailprev;

	free(tail);
}

头插

需要三个节点即可布置好顺序
顺序为：phead newnode first

在这里插入图片描述

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* first = phead->next;

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

头删

增加一个函数用于判断除哨兵位以外是否有其它的节点
bool类型只有两个取值：true和false
需要三个节点，顺序为：phead，tail，tailnex
在这里插入图片描述

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));

	LTNode* tail = phead->next;
	LTNode* tailnex = tail->next;

	phead->next = tailnex;
	tailnex->prev = phead;

	free(tail);
}

find函数

从哨兵位的下一个节点开始遍历，直至找到该元素或者遍历到哨兵位结束

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur!=phead)
	{
		if (cur->data==x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}

	return NULL;
}

在任意位置之前插入

任意位置之前的插入需要搭配find函数来使用，需要三个节点，顺序为：posprev，newnode，pos
可以使用它来进行头插和尾插，分别可以表示为LTInsert(phead->next, x) LTInsert(phead, x)
在这里插入图片描述

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

	LTNode* newnode= BuyListNode(x);
	LTNode* posprev = pos->prev;

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

在这里插入图片描述

任意位置的删除

道理同任意位置的插入
在这里插入图片描述

void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);

	LTNode* posprev = pos->prev;
	LTNode* posnex = pos->next;

	posprev->next = posnex;
	posnex->prev = posprev;

	free(pos);
}

结果如下：
在这里插入图片描述

全部代码

list.h

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

typedef int LTDataType;

typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;

	LTDataType data;
}LTNode;

//创建单个的节点
LTNode* BuyListNode(LTDataType x);
//初始化
LTNode* LTInit();
//
void LTPrint(LTNode* phead);
void LPDestroy(LTNode* phead);

//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);

//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
//头删
void LTPopFront(LTNode* phead);

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);

//任意位置之前的插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//任意位置的删除
void LTErase(LTNode* pos);

list.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "list.h"

LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode=(LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode==NULL)
	{
		perror("malloc fail");
	}

	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->data = x;

	return newnode;
}

LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = BuyListNode(-1);

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

	return phead;
}

void LTPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

	printf("<=head=>");
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur!=phead)
	{
		printf("%d<=>",cur->data);
		cur = cur->next;
	}

	printf("\n");
}

void LPDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

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

	free(phead);

}
void LTPushBack(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;

}

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

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));

	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailprev = tail->prev;

	tailprev->next = phead;
	phead->prev = tailprev;

	free(tail);
}

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* first = phead->next;

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

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));

	LTNode* tail = phead->next;
	LTNode* tailnex = tail->next;

	phead->next = tailnex;
	tailnex->prev = phead;

	free(tail);
}

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur!=phead)
	{
		if (cur->data==x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}

	return NULL;
}

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

	LTNode* newnode= BuyListNode(x);
	LTNode* posprev = pos->prev;

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

void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);

	LTNode* posprev = pos->prev;
	LTNode* posnex = pos->next;

	posprev->next = posnex;
	posnex->prev = posprev;

	free(pos);
}

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "list.h"
void Test1()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);
	LTPrint(plist);
	LTPopBack(plist);
	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);
}

void Test2()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);
	LTPushFront(plist, 100);
	LTPushFront(plist, 200);
	LTPushFront(plist,300);
	LTPrint(plist);
	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

}
void Test3()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTNode* pos=LTFind(plist, 3);
	if (pos==NULL)
	{
		perror("pos NULL");
	}
	LTInsert(pos, 100);
	LTPrint(plist);
	LTErase(pos);
	LTPrint(plist);
}
int main()
{
	//Test1();
	//Test2();
	Test3();
	return 0;
}

链表和顺序表的区别

在这里插入图片描述

局部性原理：加载指定的数据，可能会把与其物理内存之后的数据加载上去。
根据局部性原理，顺序表在载入缓存中时，可能会把与之相邻的数据一同载入，但是，链表的地址并不是相邻的，在载入相应的链表的时候不会把相邻的链表载入缓存。
因此顺序表的缓存利用率比较高。

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