带头+双向+循环链表的实现

朽歌8012024-06-14 21:51

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  • [1. 链表](#1. 链表)
    • [1.1 带头双向循环链表](#1.1 带头双向循环链表)
  • [2. 链表的实现](#2. 链表的实现)
    • [2.1 结构体](#2.1 结构体)
    • [2.2 初始化](#2.2 初始化)
    • [2.3 打印](#2.3 打印)
    • [2.4 判断空不能删](#2.4 判断空不能删)
    • [2.5 尾插](#2.5 尾插)
    • [2.6 头插](#2.6 头插)
    • [2.7 尾删](#2.7 尾删)
    • [2.8 头删](#2.8 头删)
    • [2.9 查找](#2.9 查找)
    • [2.10 在pos之前插入](#2.10 在pos之前插入)
    • [2.11 删除pos位置的值](#2.11 删除pos位置的值)
    • [2. 12 销毁](#2. 12 销毁)
    • [2.13 创建节点](#2.13 创建节点)
  • [3. test主函数](#3. test主函数)
  • [4. List.c文件](#4. List.c文件)
  • [5. List.h文件](#5. List.h文件)

1. 链表

1.1 带头双向循环链表

双向带头循环链表（Doubly Linked Circular List）是一种特殊的链表结构，其中每个节点都包含两个指针：一个指向前一个节点（prev），另一个指向后一个节点（next）。与普通双向链表不同，双向带头循环链表的第一个节点（通常称为头节点）的 prev 指针指向链表的最后一个节点，而最后一个节点的 next 指针则指向头节点，形成一个闭环。头节点不存储数据，只用于方便操作。

以下是双向带头循环链表的一些主要特点：

  • 循环性：链表的最后一个节点的 next 指针指向头节点，头节点的 prev 指针指向最后一个节点，形成一个闭环。
  • 带头节点：链表包含一个不存储数据的头节点，其 prev 指针指向最后一个节点，next 指针指向第一个数据节点。头节点的存在可以简化一些操作，如插入和删除节点。
  • 双向性：每个节点都有两个指针，一个指向前一个节点，另一个指向后一个节点。这使得在链表中向前和向后遍历都非常容易。

双向带头循环链表的基本操作包括：

  • 初始化：创建一个头节点，并设置其 prev 和 next 指针都指向自己。
  • 插入节点：在指定位置插入新节点，并更新相邻节点的指针。
  • 删除节点：删除指定节点，并更新相邻节点的指针。
  • 遍历：从头节点开始，可以向前或向后遍历整个链表。
    这种链表结构常用于需要频繁在链表中进行插入和删除操作的场景，因为双向结构使得查找和更新节点的前后指针都非常高效。而循环性则避免了处理边界条件的复杂性。头节点的存在进一步简化了这些操作。

2. 链表的实现

2.1 结构体

首先要先把结构体定义出来，因为是带头双向循环链表，所以要有两个指针域一个指向头，一个指向尾，还要有一个数据域。

javascript 复制代码 
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* prev;//头指针
	struct ListNode* next;//尾指针
	LTDataType data;//数据域
}LTNode;

2.2 初始化

初始化链表，防止都是随机值。

javascript 复制代码 
//初始化
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = BuyLTNode(-1);
	phead->prev = phead;
	phead->next = phead;

	return phead;
}

2.3 打印

这个就得注意点了，只能是cur != phead不能是cur->next != phead，这样的话链表的最后一个就不能打印出来，少了一个。

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

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

2.4 判断空不能删

当只有头节点的时候再删就出问题了。

javascript 复制代码 
//判断空不能删
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

	return phead->next == phead;
}

2.5 尾插

只有找到phead->prev就是尾，所以实现起来也比较简单，只要改变4个指针的指向就可以了。

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

	/*LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);

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

	LTInsert(phead->prev, x);
}

测试代码：

javascript 复制代码 
//尾插测试
void TestList1()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

效果展示：

2.6 头插

因为是带哨兵位的，要找到phead->next这就是我们要头插的位置。

javascript 复制代码 
//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	/*LTNode* tail = phead->next;
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);

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

	LTInsert(phead->next, x);
}

测试代码：

javascript 复制代码 
//头插测试
void TestList2()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

效果展示：

2.7 尾删

跟尾插是一样的，改4个指针的指向，再free掉。

javascript 复制代码 
//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));

	/*LTNode* cur = phead->prev;
	LTNode* tail = cur->prev;

	free(cur);
	tail->next = phead;
	phead->prev = tail;*/

	LTErase(phead->next);
}

测试代码：

javascript 复制代码 
//尾删测试
void TestList3()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

效果展示：

2.8 头删

哨兵位的next就是当前的头，改指针的指向。

javascript 复制代码 
//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));

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

	free(next);
	phead->next = tail;
	tail->prev = phead;*/

	LTErase(phead->prev);
}

测试代码：

javascript 复制代码 
//头删测试
void TestList4()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

效果展示：

2.9 查找

尽量不要动头指针，最好是用一个指针记录下来，不然找不到头指针，再去遍历。

javascript 复制代码 
//查找
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;
}

2.10 在pos之前插入

javascript 复制代码 
//在pos之前插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);

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

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

3之前插入40测试代码：

javascript 复制代码 
void TestList8()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTNode* pos = LTFind(plist, 3);
	if (pos)
	{
		LTInsert(pos, 30);
	}
	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

效果展示：

2.11 删除pos位置的值

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

	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* posNext = pos->next;

	free(pos);
	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
}

删除3位置测试代码：

javascript 复制代码 
void TestList9()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTNode* pos = LTFind(plist, 3);
	if (pos)
	{
		LTErase(pos);
	}
	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

效果展示：

2. 12 销毁

javascript 复制代码 
//销毁
void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

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

	free(phead);
}

2.13 创建节点

写一个函数创建节点，不然每次要创建节点的时候都得写一个，现在直接调用就可以。

javascript 复制代码 
//创建节点
LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("BuyLTNode");
		return NULL;
	}

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

	return newnode;
}

3. test主函数

javascript 复制代码 
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "List.h"

//尾插测试
void TestList1()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

//头插测试
void TestList2()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

//尾删测试
void TestList3()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

//头删测试
void TestList4()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

void TestList8()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTNode* pos = LTFind(plist, 3);
	if (pos)
	{
		LTInsert(pos, 30);
	}
	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

void TestList9()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTNode* pos = LTFind(plist, 3);
	if (pos)
	{
		LTErase(pos);
	}
	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

int main()
{
	TestList9();
	return 0;
}

4. List.c文件

javascript 复制代码 
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "List.h"

//声明
LTNode* BuyLTNode(LTDataType x);

//初始化
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = BuyLTNode(-1);
	phead->prev = phead;
	phead->next = phead;

	return phead;
}

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

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

//判断空不能删
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

	return phead->next == phead;
}

//创建节点
LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("BuyLTNode");
		return NULL;
	}

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

	return newnode;
}

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

	/*LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);

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

	LTInsert(phead, x);
}

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

	/*LTNode* tail = phead->next;
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);

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

	LTInsert(phead->next, x);
}

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

	/*LTNode* cur = phead->prev;
	LTNode* tail = cur->prev;

	free(cur);
	tail->next = phead;
	phead->prev = tail;*/

	LTErase(phead->next);
}

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

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

	free(next);
	phead->next = tail;
	tail->prev = phead;*/

	LTErase(phead->prev);
}

//查找
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pos之前插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);

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

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

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

	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* posNext = pos->next;

	free(pos);
	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
}

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

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

	free(phead);
}

5. List.h文件

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

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* prev;
	struct ListNode* next;
	LTDataType data;
}LTNode;

//初始化
LTNode* LTInit();

//打印
void LTPrint(LTNode* phead);

//判断空不能删
bool LTEmpty(LTNode* phead);

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

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

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);

//头删
void LTPopFront(LTNode* phead);

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

//在pos之前插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);

//删除pos位置的值		
void LTErase(LTNode* pos);

//销毁
void LTDestroy(LTNode* phead);
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