数据结构-带头双向循环链表的实现

前言 

        带头双向循环链表是一种重要的数据结构，它的结构是很完美的，它弥补了单链表的许多不足，让我们一起来了解一下它是如何实现的吧！

1.节点的结构

        它的节点中存储着数据和两个指针，一个指针_prev用来记录前一个节点的地址，另一个指针_next 用来记录后一个节点的地址。

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* _next;
	struct ListNode* _prev;
	LTDataType _data;
}ListNode;

2.尾部的插入和删除的实现

        由于这是带头循环的双向链表，所以尾插只需要在它的头结点的_prev 处进行插入，然后重新链接就可以了。如图： 

        如果只有一个头结点，插入也是一样的。

void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType data)//尾插
{
	assert(phead);
	ListNode* newNode = BuyListNode(data);//申请新节点

	ListNode* tail = phead->_prev;
	//找尾结点
	//链接新节点和尾结点
	tail->_next = newNode;
	newNode->_prev = tail;
	//与头结点进行链接
	phead->_prev = newNode;
	newNode->_next = phead;
}

         尾部的删除，首先需要找到链表的尾和尾的前一个节点，删除尾结点之后，将前一个节点进与头结点进行链接，如图：

void ListPopBack(ListNode* phead)//尾删除
{
	//确保指针不为空
	assert(phead);
	assert(phead->_next != phead);//保留头结点
	//找尾
	ListNode* tail = phead->_prev;
	ListNode* newTail = tail->_prev;//找到新的尾结点
	//删除旧的尾结点
	free(tail);
	//重新链接头尾节点
	newTail->_next = phead;
	phead->_prev = newTail;
}

3.头部插入和删除的实现

        头部的插入，删除和尾部的插入，删除类似，需要注意的是删除的不是 头结点，是存储有效数据的第一个节点，插入数据也是在第一个有效数据节点和头结点之间插入。如图：

 

void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType data)//头插
{
	//确保指针不为空
	assert(phead);
	//申请新的节点
	ListNode* newNode = BuyListNode(data);
	//进行链接
	ListNode* realHead = phead->_next;
	realHead->_prev = newNode;
	newNode->_next = realHead;
	phead->_next = newNode;
	newNode->_prev = phead;
}
void ListPopFront(ListNode* phead)//头删插
{
	//指针存在
	assert(phead);
	//并且确保不能删除头结点
	assert(phead->_next != phead);
	//找到真正的头
	ListNode* realHead = phead->_next;
	ListNode* realHeadNext = realHead->_next;
	//删除头节点
	free(realHead);
	//重新链接
	phead->_next = realHeadNext;
	realHeadNext->_prev = phead;
}

4.任意位置的插入和删除 

        在任意位置进行插入和删除，需要知道节点的指针，插入或者删除节点之后需要 更新节点的链接关系。如图：

 

void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType data)//pos位置之前的插入
{
	assert(pos);//确保指针有效
	ListNode* newNode = BuyListNode(data);//申请节点
	//进行链接
	ListNode* prev = pos->_prev;
	ListNode* next = pos;

	prev->_next = newNode;
	newNode->_prev = prev;

	newNode->_next = next;
	next->_prev = newNode;
}
void ListErase(ListNode* pos)//pos位置的删除
{
	//确保指针有效
	assert(pos);
	ListNode* next = pos->_next;
	ListNode* prev = pos->_prev;
	//删除pos所指向的节点
	free(pos);
	//进行重新链接
	prev->_next = next;
	next->_prev = prev;
}

         对任意位置的插入和删除进行测试时，可以通过复用接口来实现，头插尾插，头删尾删都可以调用这两个接口来实现，如下：

void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType data)//尾插
{
	ListInsert(phead, data);
}
void ListPopBack(ListNode* phead)//尾删除
{
	ListErase(phead->_prev);
}
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType data)//头插
{
	ListInsert(phead->_next,data);
}
void ListPopFront(ListNode* phead)//头删插
{
	ListErase(phead->_next);
}

5.链表的初始化和删除

        带头的双向循环链表初始化的时候就需要申请内存给头节点。 

ListNode* BuyListNode(LTDataType data)//申请节点
{
	ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (newNode == NULL)
	{
		printf("申请空间失败\n");
		exit(-1);
	}
	newNode->_data = data;
	return newNode;
}
void ListInit(ListNode** pphead)//初始化链表
{
	*pphead = BuyListNode(0);
	//申请头结点
	//并且初始化
	(*pphead)->_next = *pphead;
	(*pphead)->_prev = *pphead;
}
//清理链表
void ListClear(ListNode* phead)
{
	assert(phead);//确保链表不为空
	assert(phead->_next != phead);//除了确保不清理头结点
	ListNode* cur = phead->_next;

	while (cur != phead)
	{
		ListNode* clearNode = cur;
		cur = cur->_next;
		free(clearNode);
	}
}
void ListDestory(ListNode** ppHead)//摧毁链表
{
	assert(*ppHead);//确保指针不为空
	ListClear(*ppHead);
	free(*ppHead);//释放头结点
}

6.查找并修改链表的节点的数据

        查找和修改是一起的，实现查找就可以实现 修改链表的值。

ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType data)//查找链表
{
	assert(phead);
	ListNode* cur = phead->_next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->_data == data)
			return cur;
		cur = cur->_next;
	}
	return NULL;//找不到返回NULL
}

void ListTest4()
{
	//查找和修改的测试
	ListNode* pHead = NULL;
	ListInit(&pHead);
	ListPushFront(pHead, 1);
	ListPushFront(pHead, 2);
	ListPushFront(pHead, 3);
	ListPushFront(pHead, 4);
	ListPushFront(pHead, 5);
	ListPushFront(pHead, 6);

	ListNode* node = ListFind(pHead, 3);//在链表中查找
	if (node)
	{
		//修改链表的值
		node->_data = 90;
	}
	ListPrint(pHead);
	ListDestory(&pHead);
}

7.全部代码

//List.h

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* _next;
	struct ListNode* _prev;
	LTDataType _data;
}ListNode;

void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType data);//尾插

void ListPopBack(ListNode* phead);//尾删除
void ListPushFront(ListNode* phead,LTDataType data);//头插
void ListPopFront(ListNode* phead);//头删插
ListNode* BuyListNode(LTDataType data);//申请节点
void ListInit(ListNode** pphead);//初始化链表

void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType data);//pos位置之前的插入

void ListErase(ListNode* pos);//pos位置的删除
//清理链表
void ListClear(ListNode* phead);

void ListDestory(ListNode** ppHead);//摧毁链表

void ListPrint(ListNode* phead);//打印链表
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType data);//查找链表

 //List.c

#include"List.h"
void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType data)//尾插
{
	assert(phead);
	ListNode* newNode = BuyListNode(data);//申请新节点

	ListNode* tail = phead->_prev;
	//找尾结点
	//链接新节点和尾结点
	tail->_next = newNode;
	newNode->_prev = tail;
	//与头结点进行链接
	phead->_prev = newNode;
	newNode->_next = phead;
}
void ListPopBack(ListNode* phead)//尾删除
{
	//确保指针不为空
	assert(phead);
	assert(phead->_next != phead);//保留头结点
	//找尾
	ListNode* tail = phead->_prev;
	ListNode* newTail = tail->_prev;//找到新的尾结点
	//删除旧的尾结点
	free(tail);
	//重新链接头尾节点
	newTail->_next = phead;
	phead->_prev = newTail;
}
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType data)//头插
{
	//确保指针不为空
	assert(phead);
	//申请新的节点
	ListNode* newNode = BuyListNode(data);
	//进行链接
	ListNode* realHead = phead->_next;
	realHead->_prev = newNode;
	newNode->_next = realHead;
	phead->_next = newNode;
	newNode->_prev = phead;
}
void ListPopFront(ListNode* phead)//头删插
{
	//指针存在
	assert(phead);
	//并且确保不能删除头结点
	assert(phead->_next != phead);
	//找到真正的头
	ListNode* realHead = phead->_next;
	ListNode* realHeadNext = realHead->_next;
	//删除头节点
	free(realHead);
	//重新链接
	phead->_next = realHeadNext;
	realHeadNext->_prev = phead;
}
ListNode* BuyListNode(LTDataType data)//申请节点
{
	ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (newNode == NULL)
	{
		printf("申请空间失败\n");
		exit(-1);
	}
	newNode->_data = data;
	return newNode;
}
void ListInit(ListNode** pphead)//初始化链表
{
	*pphead = BuyListNode(0);
	//申请头结点
	//并且初始化
	(*pphead)->_next = *pphead;
	(*pphead)->_prev = *pphead;
}
void ListPrint(ListNode* phead)//打印链表
{
	assert(phead);
	ListNode* cur = phead->_next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d ", cur->_data);
		cur = cur->_next;
	}
	printf("\n");
}
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType data)//pos位置之前的插入
{
	assert(pos);//确保指针有效
	ListNode* newNode = BuyListNode(data);//申请节点
	//进行链接
	ListNode* prev = pos->_prev;
	ListNode* next = pos;

	prev->_next = newNode;
	newNode->_prev = prev;

	newNode->_next = next;
	next->_prev = newNode;
}
void ListErase(ListNode* pos)//pos位置的删除
{
	//确保指针有效
	assert(pos);
	ListNode* next = pos->_next;
	ListNode* prev = pos->_prev;
	//删除pos所指向的节点
	free(pos);
	//进行重新链接
	prev->_next = next;
	next->_prev = prev;
}
//清理链表
void ListClear(ListNode* phead)
{
	assert(phead);//确保链表不为空
	assert(phead->_next != phead);//除了确保不清理头结点
	ListNode* cur = phead->_next;

	while (cur != phead)
	{
		ListNode* clearNode = cur;
		cur = cur->_next;
		free(clearNode);
	}
}
void ListDestory(ListNode** ppHead)//摧毁链表
{
	assert(*ppHead);//确保指针不为空
	ListClear(*ppHead);
	free(*ppHead);//释放头结点
}
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType data)//查找链表
{
	assert(phead);
	ListNode* cur = phead->_next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->_data == data)
			return cur;
		cur = cur->_next;
	}
	return NULL;//找不到返回NULL
}

//test.c

#include"List.h"
void ListTest1()
{
	//尾插尾删的测试代码
	ListNode* pHead = NULL;
	ListInit(&pHead);
	ListPushBack(pHead, 1);
	ListPushBack(pHead, 2);
	ListPushBack(pHead, 3);
	ListPushBack(pHead, 4);
	ListPushBack(pHead, 5);
	ListPushBack(pHead, 6);
	ListPrint(pHead);
	ListPopBack(pHead);
	ListPopBack(pHead);
	ListPopBack(pHead);
	ListPopBack(pHead);
	ListPopBack(pHead);
	ListPopBack(pHead);
	//ListPopBack(pHead);

}
void ListTest2()
{
	//头插头删的测试
	ListNode* pHead = NULL;
	ListInit(&pHead);
	ListPushFront(pHead, 1);
	ListPushFront(pHead, 2);
	ListPushFront(pHead, 3);
	ListPushFront(pHead, 4);
	ListPushFront(pHead, 5);
	ListPushFront(pHead, 6);
	ListPrint(pHead);
	ListPopFront(pHead);
	ListPopFront(pHead);
	ListPopFront(pHead);
	ListPopFront(pHead);
	ListPopFront(pHead);
	ListPopFront(pHead);
	ListPopFront(pHead);

}
void ListTest3()
{
	//Destory和Clear的测试
	ListNode* pHead = NULL;
	ListInit(&pHead);
	ListPushFront(pHead, 1);
	ListPushFront(pHead, 2);
	ListPushFront(pHead, 3);
	ListPushFront(pHead, 4);
	ListPushFront(pHead, 5);
	ListPushFront(pHead, 6);
	ListDestory(&pHead);
}
int main()
{
	ListTest3();
	return 0;
}

8.测试代码

void ListTest1()
{
	//尾插尾删的测试代码
	ListNode* pHead = NULL;
	ListInit(&pHead);
	ListPushBack(pHead, 1);
	ListPushBack(pHead, 2);
	ListPushBack(pHead, 3);
	ListPushBack(pHead, 4);
	ListPushBack(pHead, 5);
	ListPushBack(pHead, 6);
	ListPrint(pHead);
	ListPopBack(pHead);
	ListPopBack(pHead);
	ListPopBack(pHead);
	ListPopBack(pHead);
	ListPopBack(pHead);
	ListPopBack(pHead);
	//ListPopBack(pHead);

}
void ListTest2()
{
	//头插头删的测试
	ListNode* pHead = NULL;
	ListInit(&pHead);
	ListPushFront(pHead, 1);
	ListPushFront(pHead, 2);
	ListPushFront(pHead, 3);
	ListPushFront(pHead, 4);
	ListPushFront(pHead, 5);
	ListPushFront(pHead, 6);
	ListPrint(pHead);
	ListPopFront(pHead);
	ListPopFront(pHead);
	ListPopFront(pHead);
	ListPopFront(pHead);
	ListPopFront(pHead);
	ListPopFront(pHead);
	ListPopFront(pHead);

}
void ListTest3()
{
	//Destory和Clear的测试
	ListNode* pHead = NULL;
	ListInit(&pHead);
	ListPushFront(pHead, 1);
	ListPushFront(pHead, 2);
	ListPushFront(pHead, 3);
	ListPushFront(pHead, 4);
	ListPushFront(pHead, 5);
	ListPushFront(pHead, 6);
	ListDestory(&pHead);
}