链表之“带头双向循环链表”

南风与鱼2024-03-03 15:13

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1.链表的分类

2.带头双向循环链表的实现

1.创建结构体

2.创建返回链表的头节点

3.双向链表销毁

4.双向链表打印

5.双向链表尾插

6.双向链表尾删

7.双向链表头插

8.双向链表头删

9.双向链表查找

10.双向链表在pos的前面进行插入

11.双向链表删除pos位置的节点

3.源码

4.顺序表和链表的区别

1.链表的分类

链表会根据是单向或者双向，带头或者不带头，循环或者非循环进行分类组合。以上情况组合起来就有8种链表结构。

其中，头指针和头节点是两个概念：

  • 头指针： 它是一个指针，指向链表中第一个节点的地址。
  • 头节点：它是一个结构体，区分数据域和指针域。数据域不存储元素，指针域则存放第一个节点的地址。
  • 无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。
  • 带头双向循环链表：带头是指链表最前面有一个头节点，它是一个结构体变量，分为数据域和指针域，数据域一般不存储数据，指针域存放的是第一个元素的地址。双向是指一个节点中有两个指针域，一个叫前驱指针，指向当前节点的前一个节点的指针，用于向前遍历；一个叫后继指针，指向当前节点的后一个节点的指针，用于向后遍历。循环是指链表最后一个节点的指针域存放的是头节点的地址，这样一来，整个链表就形成了循环的效果。

2.带头双向循环链表的实现

1.创建结构体

因为是带头双向循环链表，所以我们要定义两个指针，一个前驱指针，指向当前节点的前一个节点；还有一个后继指针，指向当前节点的后一个节点。

cpp 复制代码 
typedef int LTDataType;

typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;//后继指针
	struct ListNode* prev;//前驱指针
	LTDataType val;
}LTNode;

2.创建返回链表的头节点

cpp 复制代码 
//返回创建链表的头节点
LTNode* CreateLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}

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

	return newnode;
}

3.双向链表销毁

cpp 复制代码 
//销毁
void LTDestory(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

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

4.双向链表打印

要想打印链表中的值，就得找到跳出循环的条件。因为哨兵位不存储有效的值，所以我们可以定义一个cur变量，让它指向哨兵位的下一个节点，如果cur != phead，就打印值，直到cur走到哨兵位就跳出循环。

cpp 复制代码 
//打印
void LTPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

	LTNode* cur = phead->next;
	printf("哨兵位<=>");
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<=>", cur->val);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

5.双向链表尾插

带哨兵位的头节点不可能为空，哪怕链表一个值都没有，它也是指向自己的，所以要断言一下。尾插的第一步首先要找到尾，双向链表中找尾非常简单，哨兵位的前一个节点phead->prev就是尾，然后将尾节点tail的后继指针指向新节点newnode，新节点newnode的前驱指针 指向tail；再将新节点newnode的后继指针指向哨兵位phead，哨兵位phead的前驱指针指向新节点newnode。

cpp 复制代码 
//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* tail = phead->prev;//找尾节点
	LTNode* newnode = CreateLTNode(x);

	//phead       tail   newnode
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

6.双向链表尾删

因为哨兵位不可能为空，所以还是得先断言一下。当链表为空时，我们不能在进行尾删，但是此时链表里边还有个哨兵位，我们得保证不能将哨兵位也删掉，所以哨兵位也得断言一下，因为链表为空时哨兵位是指向它自己的，所以断言的条件应该写成assert(phead->next != phead)。尾删时一样得先找到尾，即哨兵位得前一个节点phead->prev，因为要free掉尾，所以还得找到尾的前一个节点tailprev = tail->prev。这两个都找到后，先free掉tail，然后让tail的前一个节点tailprev的后继指针 指向哨兵位phead，再让哨兵位phead的前驱指针指向tailpeev。

cpp 复制代码 
//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

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

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

7.双向链表头插

头插时我们先搞一个新节点newnode出来，然后将newnode与哨兵位和第一个节点链接起来就可以了。但是这儿得注意一下，我们要先 将newnode与第一个节点链接，然后再 将哨兵位与newnode链接，如果先将哨兵位与newnode链接容易找不到第一个节点，就会很麻烦。

cpp 复制代码 
//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = CreateLTNode(x);

	//第1种方法
	//newnode->next = phead->next;
	//phead->next->prev = newnode;
	//phead->next = newnode;
	//newnode->prev = phead;

	//第2种方法
	LTNode* first = phead->next;
	newnode->next = first;
	first->prev = newnode;
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
}

8.双向链表头删

头删时我们还得注意链表不能为空的情况，即哨兵位不能被删掉，所以还得断言assert(phead->next != phead)。只有销毁链表的时候才能将哨兵位free掉。

cpp 复制代码 
//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = first->next;

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

9.双向链表查找

查找可以配合其它函数来使用，如果找到了，就返回那个节点的地址，找不到，则返回空。

cpp 复制代码 
//查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

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

10.双向链表在pos的前面进行插入

将这个函数写完后，我们在回过头看头插、尾插，发现头插、尾插刚好可以利用这个函数以一种更简便的方式来实现。LTInsert(phead->next, x)就是头插，因为phead的下一个节点刚好就是头节点，在头节点的前面插入就是头插；LTInsert(phead, x)就是尾插，因为phead的前一个节点刚好就是尾。

cpp 复制代码 
//在pos的前面进行插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);

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

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

11.双向链表删除pos位置的节点

这个删除操作也可以用来头删和尾删，头删就是LTErase(phead->next)，尾删就是LTErase(phead->prev)。

cpp 复制代码 
//删除pos的值
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);

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

	posprev->next = posnext;
	posnext->prev = posprev;
	free(pos);
}

3.源码

🌻List.h

cpp 复制代码 
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

typedef int LTDataType;

typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;//后继指针
	struct ListNode* prev;//前驱指针
	LTDataType val;
}LTNode;

//初始化
LTNode* LTInit();
//返回创建链表的头节点
LTNode* CreateLTNode(LTDataType x);
//打印
void LTPrint(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);

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

//在pos的前面进行插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//删除pos的值
void LTErase(LTNode* pos);

//销毁
void LTDestory(LTNode* phead);

🌻List.c

cpp 复制代码 
#include "List.h"

//初始化
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = CreateLTNode(-1);

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

	return phead;
}

//返回创建链表的头节点
LTNode* CreateLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}

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

	return newnode;
}

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

	LTNode* cur = phead->next;
	printf("哨兵位<=>");
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<=>", cur->val);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	//第1种方法
	LTNode* tail = phead->prev;//找尾节点
	LTNode* newnode = CreateLTNode(x);

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

	//第2种方法
	//LTInsert(phead, x);
}

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	//第1种写法
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailprev = tail->prev;

	free(tail);
	tailprev->next = phead;
	phead->prev = tailprev;

	//第2种写法
	//LTErase(phead->prev);
}

//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = CreateLTNode(x);

	//第1种方法
	//newnode->next = phead->next;
	//phead->next->prev = newnode;
	//phead->next = newnode;
	//newnode->prev = phead;

	//第2种方法
	LTNode* first = phead->next;
	newnode->next = first;
	first->prev = newnode;
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;

	//第3种方法
	//LTInsert(phead->next, x);

}

//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	//第1种写法
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = first->next;

	phead->next = second;
	second->prev = phead;
	free(first);
	first = NULL;

	//第2种写法
	//LTErase(phead->next);
}

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

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

//在pos的前面进行插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);

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

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

//删除pos的值
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);

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

	posprev->next = posnext;
	posnext->prev = posprev;
	free(pos);
}

//销毁
void LTDestory(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

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

4.顺序表和链表的区别

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