【数据结构】带头+双向+循环链表（DList）（增、删、查、改）详解

news2024/11/16 5:40:38

一、带头双向循环链表的定义和结构

1、定义

带头双向循环链表，有一个数据域和两个指针域。一个是前驱指针，指向其前一个节点；一个是后继指针，指向其后一个节点。

// 定义双向链表的节点
typedef struct ListNode
{
	LTDataType data; // 数据域
	struct ListNode* prev; // 前驱指针
	struct ListNode* next; // 后继指针
}ListNode;

2、结构

带头双向循环链表：在所有的链表当中 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、带头双向循环链表接口的实现

1、创建文件

  • test.c（主函数、测试顺序表各个接口功能）
  • List.c（带头双向循环链表接口函数的实现）
  • List.h（带头双向循环链表的类型定义、接口函数声明、引用的头文件）

2、List.h 头文件代码 

// List.h
// 带头+双向+循环链表增删查改实现
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

typedef int LTDataType;

// 定义双向链表的节点
typedef struct ListNode
{
	LTDataType data; // 数据域
	struct ListNode* prev; // 前驱指针
	struct ListNode* next; // 后继指针
}ListNode;

// 动态申请一个新节点
ListNode* BuyListNode(LTDataType x);
// 创建返回链表的头结点
ListNode* ListCreate();
// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* plist);
// 双向链表打印
void ListPrint(ListNode* plist);
// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* plist, LTDataType x);
// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* plist);
// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* plist, LTDataType x);
// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* plist);
// 双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* plist, LTDataType x);
// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x);
// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos);
// 双向链表的判空
bool ListEmpty(ListNode* phead);
// 获取双向链表的元素个数
size_t ListSize(ListNode* phead);

三、在 List.c 上是西安各个接口函数

1、动态申请一个新结点

// 动态申请一个新节点
ListNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	newnode->data = x;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

2、创建返回链表的头结点（初始化头结点）

// 创建返回链表的头结点
ListNode* ListCreate()
{
	ListNode* phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode)); // 哨兵位头结点
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}

也可以用下面这个函数（道理一样）：

// 初始化链表
void ListInit(ListNode** pphead)
{
	*pphead = BuyListNode(-1); // 动态申请一个头节点
	(*pphead)->prev = *pphead; // 前驱指针指向自己
	(*pphead)->next = *pphead; // 后继指针指向自己
}

头指针初始指向 NULL，初始化链表时，需要改变头指针的指向，使其指向头节点，所以这里需要传二级指针。 

初始化带头双向循环链表，首先动态申请一个头结点，头结点的前驱和后继指针都指向自己，形成一个循环。

image-20210903220045099

3、双向链表的销毁

// 双向链表的销毁
void ListDestroy(ListNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	assert(*pphead);

	ListNode* cur = (*pphead)->next;
	while (cur != *pphead)
	{
		ListNode* next = cur->next; // 记录cur的直接后继节点
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(*pphead); // 释放头节点
	*pphead = NULL; // 置空头指针
}

销毁链表，最后要将头指针 plist 置空，所以用了二级指针来接收。这里也可以用一级指针，但要在函数外面置空 plist 。

一级指针写法：

void ListDestroy(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	ListNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		ListNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(phead);
	phead = NULL;
}

4、双向链表的打印

// 打印双向链表
void ListPrint(ListNode* phead)
{
	assert(phead);

	ListNode* cur = phead->next; // 记录第一个节点
	printf("head <-> ");
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d <-> ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("head\n");
}

5、双向链表的尾插

// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead); // 头指针不能为空

	/* ListNode* newnode = BuyListNode(x); // 动态申请一个节点
	ListNode* tail = phead->prev; // 记录尾节点

	tail->next = newnode; // 尾节点的后继指针指向新节点
	newnode->prev = tail; //2、新节点的前驱指针指向尾节点

	newnode->next = phead; // 新节点的后继指针指向头节点
	phead->prev = newnode; // 头节点的前驱指针指向新节点 */

    ListInsert(phead, x);
}

6、双向链表的尾删

// 双向链表的尾删
void ListPopBack(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead); // 只剩头节点时 链表为空 不能再继续删除

	/* ListNode* tail = phead->prev; // 记录尾节点
	ListNode* tailPrev = tail->prev; // 记录尾节点的直接前驱
	
	tailPrev->next = phead; // 尾节点的前驱节点的next指针指向头节点
	phead->prev = tailPrev; // 头节点的prev指针指向尾节点的前驱节点
	free(tail); // 释放尾节点 */

    ListErase(pHead->prev);
}

7、双向链表的头插

// 双向链表的头插
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	/* ListNode* newnode = BuyListNode(x); // 申请新节点
	ListNode* pheadNext = phead->next; // 记录第一个节点
	
	// 头节点和新节点建立链接
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;

	// 新节点和第一个节点建立链接
	newnode->next = pheadNext;
	pheadNext->prev = newnode; */

    ListInsert(phead->next, x);
}

8、双向链表的头删

// 双向链表的头删
void ListPopFront(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead); // 只剩头节点时 链表为空 不能再继续删除

	/* ListNode* pheadNext = phead->next; // 记录第一个节点

	// 头节点和第一个节点的后继节点建立链接
	phead->next = pheadNext->next;
	pheadNext->next->prev = phead;
    free(pheadNext); // 头删 */

    ListErase(phead->next);
}

9、查找双向链表中的元素

// 在双向链表中查找元素，并返回该元素的地址
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	ListNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;  //找到了 返回该元素的地址
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;  //没找到 返回NULL
}

10、在指定pos位置之前插入元素

// 在指定pos位置之前插入元素
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);

	ListNode* newnode = BuyListNode(x); // 申请一个节点
	ListNode* posPrev = pos->prev; // 记录pos的直接前驱

	// pos的直接前驱和新节点建立链接
	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;

	// 新节点和pos建立链接
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

实现了该函数后，可以尝试改进头插函数（pos相当于链表的第一个节点）和尾插函数（pos相当于链表的头节点），这样写起来更简便。

11、删除指定pos位置的元素

// 删除指定pos位置的元素
void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);

	ListNode* posPrev = pos->prev; // 记录pos的直接前驱
	ListNode* posNext = pos->next; // 记录pos的直接后继

	// pos的直接前驱和直接后继建立链接
	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
	
	free(pos); // 释放pos位置的元素
    //pos = NULL;
}

实现了该函数后，可以尝试改进头删函数（pos相当于链表的第一个节点）和尾删函数（pos相当于链表的最后一个节点），这样写起来更简便。

12、双向链表的判空

// 双向链表的判空
bool ListEmpty(ListNode* phead)
{ 
	assert(phead);
	return phead->next == phead; //为空 返回ture 否则返回false
}

13、获取双向链表的元素个数

// 获取双向链表的元素个数
size_t ListSize(ListNode* phead)
{
	assert(phead);

	size_t size = 0;
	ListNode* cur = phead->next; // 记录第一个节点
	while (cur != phead)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}
	return size;
}

四、代码整合

// List.c
#include "List.h"

// 动态申请一个新节点
ListNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	newnode->data = x;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

// 创建返回链表的头结点
ListNode* ListCreate()
{
	ListNode* phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode)); // 哨兵位头结点
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}

// 双向链表的销毁
void ListDestroy(ListNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	assert(*pphead);

	ListNode* cur = (*pphead)->next;
	while (cur != *pphead)
	{
		ListNode* next = cur->next; // 记录cur的直接后继节点
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(*pphead); // 释放头节点
	*pphead = NULL; // 置空头指针
}

// 打印双向链表
void ListPrint(ListNode* phead)
{
	assert(phead);

	ListNode* cur = phead->next; // 记录第一个节点
	printf("head <-> ");
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d <-> ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("head\n");
}

// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead); // 头指针不能为空
    ListInsert(phead, x);
}

// 双向链表的尾删
void ListPopBack(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead); // 只剩头节点时 链表为空 不能再继续删除
    ListErase(pHead->prev);
}

// 双向链表的头插
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
    ListInsert(phead->next, x);
}

// 双向链表的头删
void ListPopFront(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead); // 只剩头节点时 链表为空 不能再继续删除
    ListErase(phead->next);
}

// 在双向链表中查找元素，并返回该元素的地址
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	ListNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;  //找到了 返回该元素的地址
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;  //没找到 返回NULL
}

// 在指定pos位置之前插入元素
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);

	ListNode* newnode = BuyListNode(x); // 申请一个节点
	ListNode* posPrev = pos->prev; // 记录pos的直接前驱

	// pos的直接前驱和新节点建立链接
	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;

	// 新节点和pos建立链接
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

// 删除指定pos位置的元素
void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);

	ListNode* posPrev = pos->prev; // 记录pos的直接前驱
	ListNode* posNext = pos->next; // 记录pos的直接后继

	// pos的直接前驱和直接后继建立链接
	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
	
	free(pos); // 释放pos位置的元素
    //pos = NULL;
}

// 双向链表的判空
bool ListEmpty(ListNode* phead)
{ 
	assert(phead);
	return phead->next == phead; //为空 返回ture 否则返回false
}

// 获取双向链表的元素个数
size_t ListSize(ListNode* phead)
{
	assert(phead);

	size_t size = 0;
	ListNode* cur = phead->next; // 记录第一个节点
	while (cur != phead)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}
	return size;
}

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