【数据结构】实现带头双向循环链表

前言：

之前我们已经学习了单链表，有了单链表的基础，现在开始学习带头双向循环链表~

一、介绍带头双向循环链表

1.带头双向循环链表的结构

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。

2.带头双向循环链表的功能

单链表可以实现对数据的增删查改，带头双向循环链表也同样能做到，而且实现起来比单链表简单得多。

二、实现带头双向循环链表

1.创建节点的结构

一个节点的结构：

存放数据：data
前指针：prev
后指针：next

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

2.函数的声明

//创建一个新节点
LTNode* BuyListNode(LTDataType x);
//初始化哨兵位节点
LTNode* LTInit();
//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位置前插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//在pos位置删除
void LTErase(LTNode* pos);
//销毁
void LTDestroy(LTNode* phead);

2.函数的实现

（1）创建一个新节点

这里与单链表的实现的方式是一样的，多了一个前指针（prev）。

LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
    
    
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
    
    
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->data = x;
	return newnode;
}

（2）初始化哨兵位（带头）节点

刚开始给头指针初始化为哨兵位节点，方便后面可以直接连接新节点。不需要用二级指针。

LTNode* LTInit()
{
    
    
	LTNode* phead = BuyListNode(0);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}

（3）打印链表

定义一个指针变量cur为哨兵位的下一个节点，也就是第一个节点。然后遍历链表，只要cur不是phead（哨兵位），就打印节点的数据。

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

（4）尾插

双向链表的尾插比单链表要简单多了。单链表尾插新节点要从头开始遍历找尾，双向链表的尾就是哨兵位的前一个节点。然后尾节点与新节点连接，新节点与哨兵位连接就行了。

刚开始没有节点（除了哨兵位）也是一样的

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
    
    
	assert(phead);
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

（5）尾删

这里要多断言一句代码，哨兵位的下一个节点不能等于它自己，因为只有一个哨兵位就说明没有其他节点，不能再删了。
还是定义一个指针变量为尾节点，再定义一个为尾节点的前一个节点，free释放掉尾节点，然后尾节点的前一个节点与哨兵位连接起来。

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;
}

（6）头插

定义一个指针变量first为哨兵位的下一个节点（可能是空），然后新节点与first连接，first与哨兵位连接，思路和单链表的头插如出一辙。

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
    
    
	assert(phead);
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
	newnode->next = first;
	first->prev = newnode;
}

（7）头删

与尾删相同，为了防止没有节点了（除了哨兵位）不能再删，所以要对哨兵位下一个节点不能为自己就行断言。
定义一个变量first为第一个节点，另一个变量second为第二个节点（如果只有一个节点，second指向的是哨兵位），free释放first，然后哨兵位与second连接。

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
    
    
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = first->next;
	free(first);
	phead->next = second;
	second->prev = phead;
}

（8）查找

与单链表的查找基本相同，从哨兵位的下一个节点开始找，当循环到哨兵位就停下，找到返回这个节点，否则返回NULL

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;
}

（9）在pos位置前插入

首先要对pos进行断言，判断除了哨兵位是否还有其他节点。
定义一个变量posPrev为pos的前一个节点，然后posPrev与新节点连接，新节点与pos连接。

void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
    
    
	assert(pos);
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* posPrev = pos->prev;
	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

（10）在pos位置删除

定义两个变量分别为pos前后的节点，free释放pos，连接两个前后节点

void LTErase(LTNode* pos)
{
    
    
	assert(pos);
	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* posNext = pos->next;
	free(pos);
	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
}

（11）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);
}

三、全部代码

1.List.h

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
    
    
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	LTDataType data;
}LTNode;
//创建一个新节点
LTNode* BuyListNode(LTDataType x);
//初始化哨兵位节点
LTNode* LTInit();
//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位置前插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//在pos位置删除
void LTErase(LTNode* pos);
//销毁
void LTDestroy(LTNode* phead);

2.List.c

#include "List.h"
//创建一个新节点
LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
    
    
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
    
    
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->data = x;
	return newnode;
}
//初始化哨兵位节点
LTNode* LTInit()
{
    
    
	LTNode* phead = BuyListNode(0);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}
//打印
void LTPrint(LTNode* phead)
{
    
    
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	printf("phead<=>");
	while (cur != phead)
	{
    
    
		printf("%d<=>", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}
//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
    
    
	assert(phead);
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}
//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;
}
//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
    
    
	assert(phead);
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
	newnode->next = first;
	first->prev = newnode;
}
//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
    
    
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = first->next;
	free(first);
	phead->next = second;
	second->prev = phead;
}
//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位置前插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
    
    
	assert(pos);
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* posPrev = pos->prev;
	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}
//在pos位置删除
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);
}

3.Test.c

#include "List.h"
void test()
{
    
    
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 11);
	LTPushBack(plist, 12);
	LTPushBack(plist, 13);
	LTPushBack(plist, 14);
	LTPushBack(plist, 15);
	LTPrint(plist);

	LTPopBack(plist);
	LTPopBack(plist);
	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPushFront(plist, 99);
	LTPushFront(plist, 89);
	LTPushFront(plist, 79);
	LTPushFront(plist, 69);
	LTPushFront(plist, 59);
	LTPrint(plist);

	LTPopFront(plist);
	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

	LTNode* pos1 = LTFind(plist, 11);
	{
    
    
		if (pos1)
		{
    
    
			LTInsert(pos1, 666);
		}
	}
	LTPrint(plist);

	LTNode* pos2 = LTFind(plist, 89);
	{
    
    
		if (pos2)
		{
    
    
			LTErase(pos2);
		}
	}
	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);

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

感谢观看~