双链循环线性表的实现（第二章 P35-37 算法2.18,2.19）

双链循环线性表

双向链表每个结点有两个指针，一个指向结点的前驱，另一个指向结点的后继。所以，从链表的每一个结点出发，都可以到达任意一个结点，有利于链表的查找。

线性表的双向链表存储结构：

eg: 带有头结点且具有 2 个结点的双链循环线性表

eg: 空的双向循环链表

在双向链表中，有些操作如：ListLength , GetElem , LocateElem 等仅需涉及一个方向的指针，则它们的算法描述和线性链表的操作相同，但在插入、删除时有很大的不同，在双向链表中需同时修改两个方向上的指针。

另外，单链表的找前驱函数，除了有指向当前结点的指针外，还有一个紧跟其后，一直指向其前驱的指针。在双向链表中，不需要这个指向前驱的指针。

typedef int Status; /* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */
typedef int Boolean; /* Boolean是布尔类型,其值是TRUE或FALSE */
typedef int ElemType;

#include<malloc.h> /* malloc()等 */
#include<stdio.h> /* EOF(=^Z或F6),NULL */
#include<process.h> /* exit() */

/* 函数结果状态代码 */
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define OK 1
#define ERROR 0
#define INFEASIBLE -1
//#define OVERFLOW -2 


/* -----------------------      线性表的双向链表存储结构    ------------------------*/

typedef struct DuLNode
{
	ElemType data;
	struct DuLNode *prior, *next;
}DuLNode, *DuLinkList;

/* ---------------------------------------------------------------------------*/


Status compare(ElemType c1, ElemType c2) /* 数据元素判定函数(判定相等) */
{
	if (c1 == c2)
		return TRUE;
	else
		return FALSE;
}

void vd(ElemType c) /* ListTraverse()调用的函数(类型一致) */
{
	printf("%d ", c);
}


/* -------------        基本操作的函数原型说明     ---------------*/
Status InitList(DuLinkList *L);
Status DestroyList(DuLinkList *L);
Status ClearList(DuLinkList L); /* 不改变L */
Status ListEmpty(DuLinkList L);
int ListLength(DuLinkList L);
Status GetElem(DuLinkList L, int i, ElemType *e);
int LocateElem(DuLinkList L, ElemType e, Status(*compare)(ElemType, ElemType));
Status PriorElem(DuLinkList L, ElemType cur_e, ElemType *pre_e);
Status NextElem(DuLinkList L, ElemType cur_e, ElemType *next_e);
DuLinkList GetElemP(DuLinkList L, int i); /* 另加 */
Status ListInsert(DuLinkList L, int i, ElemType e); /* 改进算法2.18 */
Status ListDelete(DuLinkList L, int i, ElemType *e); /* 算法2.19 */
void ListTraverseBack(DuLinkList L, void(*visit)(ElemType));


/* ---------------------------------     双链循环线性表的基本操作(14个)  -----------------------------------*/

Status InitList(DuLinkList *L)
{ /* 产生空的双向循环链表L */
	*L = (DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode));
	if (*L)
	{
		(*L)->next = (*L)->prior = *L;
		return OK;
	}
	else
		return OVERFLOW;
}

Status DestroyList(DuLinkList *L)
{ /* 操作结果：销毁双向循环链表L */
	DuLinkList q, p = (*L)->next; /* p指向第一个结点 */
	while (p != *L) /* p没到表头 */
	{
		q = p->next;
		free(p);
		p = q;
	}
	free(*L);
	*L = NULL;
	return OK;
}

Status ClearList(DuLinkList L) /* 不改变L */
{ /* 初始条件：L已存在。操作结果：将L重置为空表 */
	DuLinkList q, p = L->next; /* p指向第一个结点 */
	while (p != L) /* p没到表头 */
	{
		q = p->next;
		free(p);
		p = q;
	}
	L->next = L->prior = L; /* 头结点的两个指针域均指向自身 */
	return OK;
}

Status ListEmpty(DuLinkList L)
{ /* 初始条件：线性表L已存在。操作结果：若L为空表，则返回TRUE，否则返回FALSE */
	if (L->next == L && L->prior == L)
		return TRUE;
	else
		return FALSE;
}

int ListLength(DuLinkList L)
{ /* 初始条件：L已存在。操作结果：返回L中数据元素个数 */
	int i = 0;
	DuLinkList p = L->next; /* p指向第一个结点 */
	while (p != L) /* p没到表头 */
	{
		i++;
		p = p->next;
	}
	return i;
}

Status GetElem(DuLinkList L, int i, ElemType *e)
{ /* 当第i个元素存在时,其值赋给e并返回OK,否则返回ERROR */
	int j = 1; /* j为计数器 */
	DuLinkList p = L->next; /* p指向第一个结点 */
	while (p != L && j < i) /* 顺指针向后查找,直到p指向第i个元素或p指向头结点 */
	{
		p = p->next;
		j++;
	}
	if (p == L || j > i) /* 第i个元素不存在 */
		return ERROR;
	*e = p->data; /* 取第i个元素 */
	return OK;
}

int LocateElem(DuLinkList L, ElemType e, Status(*compare)(ElemType, ElemType))
{ /* 初始条件：L已存在，compare()是数据元素判定函数 */
  /* 操作结果：返回L中第1个与e满足关系compare()的数据元素的位序。 */
  /*           若这样的数据元素不存在，则返回值为0 */
	int i = 0;
	DuLinkList p = L->next; /* p指向第1个元素 */
	while (p != L)
	{
		i++;
		if (compare(p->data, e)) /* 找到这样的数据元素 */
			return i;
		p = p->next;
	}
	return 0;
}

Status PriorElem(DuLinkList L, ElemType cur_e, ElemType *pre_e)
{ /* 操作结果：若cur_e是L的数据元素，且不是第一个，则用pre_e返回它的前驱， */
  /*           否则操作失败，pre_e无定义 */
	DuLinkList p = L->next->next; /* p指向第2个元素 */
	while (p != L) /* p没到表头 */
	{
		if (p->data == cur_e)
		{
			*pre_e = p->prior->data;
			return TRUE;
		}
		p = p->next;
	}
	return FALSE;
}

Status NextElem(DuLinkList L, ElemType cur_e, ElemType *next_e)
{ /* 操作结果：若cur_e是L的数据元素，且不是最后一个，则用next_e返回它的后继， */
  /*           否则操作失败，next_e无定义 */
	DuLinkList p = L->next->next; /* p指向第2个元素 */
	while (p != L) /* p没到表头 */
	{
		if (p->prior->data == cur_e)
		{
			*next_e = p->data;
			return TRUE;
		}
		p = p->next;
	}
	return FALSE;
}

DuLinkList GetElemP(DuLinkList L, int i) /* 另加 */
{ /* 在双向链表L中返回第i个元素的位置指针(算法2.18、2.19要调用的函数) */
	int j;
	DuLinkList p = L;
	for (j = 1; j <= i; j++)
		p = p->next;
	return p;
}

Status ListInsert(DuLinkList L, int i, ElemType e) /* 改进算法2.18 */
{ /* 在带头结点的双链循环线性表L中第i个位置之前插入元素e，i的合法值为1≤i≤表长+1 */
	DuLinkList p, s;
	if (i<1 || i>ListLength(L) + 1) /* i值不合法 */
		return ERROR;
	p = GetElemP(L, i - 1); /* 在L中确定第i-1个元素的位置指针p */
	if (!p) /* p=NULL,即第i-1个元素不存在 */
		return ERROR;
	s = (DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode));
	if (!s)
		return OVERFLOW;
	s->data = e; /* 在第i-1个元素之后插入 */
	s->prior = p;
	s->next = p->next;
	p->next->prior = s;
	p->next = s;
	return OK;
}

Status ListDelete(DuLinkList L, int i, ElemType *e) /* 算法2.19 */
{ /* 删除带头结点的双链循环线性表L的第i个元素,i的合法值为1≤i≤表长+1 */
	DuLinkList p;
	if (i<1 || i>ListLength(L)) /* i值不合法 */
		return ERROR;
	p = GetElemP(L, i);  /* 在L中确定第i个元素的位置指针p */
	if (!p) /* p=NULL,即第i个元素不存在 */
		return ERROR;
	*e = p->data;
	p->prior->next = p->next;
	p->next->prior = p->prior;
	free(p);
	return OK;
}

void ListTraverse(DuLinkList L, void(*visit)(ElemType))
{ /* 由双链循环线性表L的头结点出发,正序对每个数据元素调用函数visit() */
	DuLinkList p = L->next; /* p指向第一个结点 */
	while (p != L)
	{
		visit(p->data);
		p = p->next;
	}
	printf("\n");
}

void ListTraverseBack(DuLinkList L, void(*visit)(ElemType))
{ /* 由双链循环线性表L的头结点出发,逆序对每个数据元素调用函数visit()。另加 */
	DuLinkList p = L->prior; /* p指向尾结点 */
	while (p != L)
	{
		visit(p->data);
		p = p->prior;
	}
	printf("\n");
}




/*   检验以上操作的主程序  */

void main()
{
	DuLinkList L;
	int i, n;
	Status j;
	ElemType e;
	InitList(&L);
	for (i = 1; i <= 5; i++)
		ListInsert(L, i, i); /* 在第i个结点之前插入i */
	printf("正序输出链表：");
	ListTraverse(L, vd); /* 正序输出 */
	printf("逆序输出链表：");
	ListTraverseBack(L, vd); /* 逆序输出 */
	n = 2;
	ListDelete(L, n, &e); /* 删除并释放第n个结点 */
	printf("删除第%d个结点，值为%d，其余结点为：", n, e);
	ListTraverse(L, vd); /* 正序输出 */
	printf("链表的元素个数为%d\n", ListLength(L));
	printf("链表是否空：%d(1:是 0:否)\n", ListEmpty(L));
	ClearList(L); /* 清空链表 */
	printf("清空后，链表是否空：%d(1:是 0:否)\n", ListEmpty(L));
	for (i = 1; i <= 5; i++)
		ListInsert(L, i, i); /* 重新插入5个结点 */
	ListTraverse(L, vd); /* 正序输出 */
	n = 3;
	j = GetElem(L, n, &e); /* 将链表的第n个元素赋值给e */
	if (j)
		printf("链表的第%d个元素值为%d\n", n, e);
	else
		printf("不存在第%d个元素\n", n);
	n = 4;
	i = LocateElem(L, n, compare);
	if (i)
		printf("等于%d的元素是第%d个\n", n, i);
	else
		printf("没有等于%d的元素\n", n);
	j = PriorElem(L, n, &e);
	if (j)
		printf("%d的前驱是%d\n", n, e);
	else
		printf("不存在%d的前驱\n", n);
	j = NextElem(L, n, &e);
	if (j)
		printf("%d的后继是%d\n", n, e);
	else
		printf("不存在%d的后继\n", n);
	DestroyList(&L);
}

运行结果：