C语言超详细讲解双向带头循环链表
更新时间：2023年02月14日 14:04:28 作者：[Pokemon]大猫猫
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
在上一篇所讲述的单链表中，存在一些缺陷：
1、在进行尾插和尾删时，需要遍历链表找到尾结点
2、在进行中间插入和删除时，也需要先遍历链表找到前一个结点
对于这些缺陷，可以采用一种结构更为复杂的链表 双向带头循环链表
双向带头循环链表结构虽然复杂，但在链表的操作上带来了很大的优势
一、双向带头循环链表的结构
//存储数据的类型，这里以 int 来举例
typedef int LTDataType;
//结点的类型
typedef struct ListNode
{
LTDataType data;
struct ListNode* prev;
struct ListNode* next;
}LTNode;
二、双向带头循环链表的函数接口
1. 申请结点
在插入等操作时需要申请结点，为了避免麻烦重复的操作，这里将申请结点封装为一个函数
申请结点函数如下：
LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
if (newnode == NULL)
{
//开辟空间失败，打印错误信息
perror("malloc");
//结束程序
exit(-1);
}
newnode->data = x;
newnode->prev = newnode->next = NULL;
return newnode;
}
2. 初识化
在双向带头循环链表中，即使没有存储数据也 至少会包含一个哨兵位的头结点
初始化函数如下：
LTNode* InitLT()
{
//申请头结点，头结点的数据存什么无关紧要
LTNode* phead = BuyLTNode(-1);
//改变指针指向，构成循环
phead->prev = phead->next = phead;
return phead;
}
3. 打印
为了验证插入、删除等得到的结果是否正确，提供打印函数，这里数据类型以 int 为例，当读者采用的类型不同时，自行更改函数即可
打印函数如下：
void LTPrint(LTNode* phead)
{
//链表不能为空
assert(phead);
LTNode* cur = phead->next;
printf("head->");
while (cur != phead)
{
printf("%d->", cur->data);
cur = cur->next;
}
printf("head\n");
}
4. 尾插尾删
尾插：在链表的最后一个结点之后插入结点
尾插函数如下：
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
//链表不能为空
assert(phead);
LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
//找到尾结点
LTNode* tail = phead->prev;
//改变指针指向
tail->next = newnode;
newnode->prev = tail;
newnode->next = phead;
phead->prev = newnode;
}
尾删：删除链表最后一个结点
尾删函数如下：
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
assert(phead); //链表不能为空
assert(phead->next != phead); //空链表不能删
//找尾结点及尾结点的前一个结点
LTNode* tail = phead->prev;
LTNode* tailPrev = tail->prev;
//改变指针指向
tailPrev->next = phead;
phead->prev = tailPrev;
free(tail);
}
5. 头插头删
头插： 在第一个结点之前插入新结点
头插函数如下：
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
//链表不能为空
assert(phead);
LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
//找到头结点后的第一个结点
LTNode* first = phead->next;
//改变指针指向
phead->next = newnode;
newnode->prev = phead;
newnode->next = first;
first->prev = newnode;
}
头删：删除链表的第一个结点
头删函数如下：
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
assert(phead); //链表不能为空
assert(phead->next != phead); //空链表不能删
//找到头结点后的第一个和第二个结点
LTNode* first = phead->next;
LTNode* second = first->next;
//改变指针指向
phead->next = second;
second->prev = phead;
free(first);
}
6. 查找
查找：如果数据存在，返回该数据结点的指针，不存在返回 NULL
查找函数如下：
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
//链表不能为空
assert(phead);
LTNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
if (cur->data == x) return cur;
cur = cur->next;
}
return NULL;
}
7. 中间插入和删除
中间插入：通过查找函数 LTFind 获得指向结点的指针 pos，在 pos 指向的 结点之前 插入结点
在 pos 之前插入结点函数如下：
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
//pos 不能为空
assert(pos);
LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
//找到 pos 的前一个结点
LTNode* posPrev = pos->prev;
//改变指针指向
posPrev->next = newnode;
newnode->prev = posPrev;
newnode->next = pos;
pos->prev = newnode;
}
在调用中间插入函数 LTInsert 时
- 如果在链表头结点之前插入数据，便和尾插函数的功能一样
- 如果在链表头结点之后插入数据，便和头插函数的功能一样
因此在尾插和头插函数的实现中可以直接调用中间插入函数 LTInsert
尾插和头插函数更改如下：
//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
//链表不能为空
assert(phead);
LTInsert(phead, x);
}
//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
//链表不能为空
assert(phead);
LTInsert(phead->next, x);
}
中间删除：通过查找函数 LTFind 获得指向结点的指针 pos，删除 pos 指向的结点
删除 pos 指向的结点函数如下：
void LTErase(LTNode* pos)
{
//pos 不能为空
assert(pos);
//找到 pos 的前一个和后一个结点
LTNode* posPrev = pos->prev;
LTNode* posNext = pos->next;
//改变指针指向
posPrev->next = posNext;
posNext->prev = posPrev;
free(pos);
}
在调用中间删除函数 LTErase 时
- 如果删除链表头结点的前一个结点，便和尾删函数的功能一样
- 如果删除链表头结点的后一个结点，便和头删函数的功能一样
因此在尾删和头删函数的实现中可以直接调用中间删除函数 LTErase
尾删和头删函数更改如下：
//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
assert(phead); //链表不能为空
assert(phead->next != phead); //空链表不能删
LTErase(phead->prev);
}
//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
assert(phead); //链表不能为空
assert(phead->next != phead); //空链表不能删
LTErase(phead->next);
}
8. 判空及求链表长度
判空：判断链表是否为空
判空函数如下：
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
//链表不能为空
assert(phead);
return phead->next == phead;
}
链表长度：链表有效数据个数
链表长度函数如下：
size_t LTSize(LTNode* phead)
{
//链表不能为空
assert(phead);
size_t size = 0;
LTNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
size++;
cur = cur->next;
}
return size;
}
9. 销毁单链表
在链表中，存储数据的结点是由自己开辟的，当不使用链表时，应将其销毁
销毁链表函数如下：
void LTDestroy(LTNode* phead)
{
//链表不能为空
assert(phead);
LTNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
LTNode* curNext = cur->next;
free(cur);
cur = curNext;
}
free(phead);
}
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