C++ 双向循环链表（简称：双链表）

一、概念

    1.在双链表中的每个结点应有两个链接指针：

              lLink -> 指向前驱结点  （前驱指针或者左链指针）

              rLink->指向后继结点（后驱指针或者右链指针）

 

    2.双链表常采用带附加头结点的循环链表方式：

       first：头指针，不存放数据，或者存放特殊要求的数据。它的lLink指向双链表的尾结点（最后一个结点），

                它的rLink指向双链表的首结点（第一个有效结点）。链表的首结点的左链指针lLink和尾结点的右链指针

                rLink都指向附加头结点。

二、实现程序

1.DblList.h

#ifndef DblList_h
#define DblList_h
#include <iostream>
using namespace std;

template <class T>
struct DblNode { // 链表结点定义
    T data;
    DblNode<T> *lLink, *rLink; // 链表前驱（左链）和后继（右链）指针
    DblNode(DblNode<T> *left = NULL, DblNode<T> *right = NULL):lLink(left), rLink(right){} // 构造函数
    DblNode(T value, DblNode<T> *left = NULL, DblNode<T> *right = NULL):data(value), lLink(left), rLink(right){} // 构造函数
};

template <class T>
class DblList { // 双链表（双向循环链表）
public:
    DblList(); // 构造函数：建立附加头结点
    ~DblList(); // 析构函数：释放所有存储
    void createDblList(); // 创建双向链表
    int Length()const; // 计算双链表的长度
    bool isEmpty(); // 判双链表空否
    DblNode<T> *getHead()const; // 取附加头结点
    void setHead(DblNode<T> *ptr); // 设置附加头结点地址
    DblNode<T> *Search(const T x); // 在链表中沿后继方向寻找等于给定值x的结点
    DblNode<T> *Locate(int i, int d); // 在链表中定位第i个结点，d=0按前驱方向，否则按后继方向
    bool Insert(int i, const T x, int d); // 在第i个结点后插入x，d=0按前驱方向，否则按后继方向
    bool Remove(int i, T &x, int d); // 删除第i个结点，x带回删除其值，d=0按前驱方向，否则按后继方向
    void Output(); // 输出双链表中的数据
private:
    DblNode<T> *first; // 附加头结点
};

template <class T>
DblList<T>::DblList() {
    // 构造函数：建立附加头结点
    first = new DblNode<T>();
    if(NULL == first) {
        cerr << "动态分配内存空间失败！" << endl;
        exit(1);
    }
    first->rLink = first->lLink = first; // 指向自身
}

template <class T>
DblList<T>::~DblList() { // 析构函数：释放所有存储
    DblNode<T> *current = first->rLink;
    while(current != first) {
        current->rLink->lLink = current->lLink; // 从lLink链中摘下
        current->lLink->rLink = current->rLink; // 从rLink链中摘下
        delete current; // 释放空间
        current = first->rLink;
    }
    delete first;
    first = NULL;
}

template <class T>
void DblList<T>::createDblList() {
    // 创建双向链表
    int n, val;
    DblNode<T> *current = first;
    cout << "请输入要输入的个数n:";
    cin >> n;
    cout << "请输入要输入的数：" << endl;
    for(int i = 0; i < n; i++) {
        cin >> val;
        DblNode<T> *newNode = new DblNode<T>(val);
        if(NULL == newNode) {
            cerr << "动态分配内存空间失败！" << endl;
            exit(1);
        }
        // 尾插入
        while(current->rLink != first)
            current = current->rLink; // 往后继方向移动
        newNode->rLink = current->rLink;
        current->rLink = newNode;
        newNode->rLink->lLink = newNode;
        newNode->lLink = current;
        current = current->rLink; // current往后移
    }
}

template <class T>
int DblList<T>::Length()const {
    // 计算双链表的长度
    DblNode<T> *current = first->rLink;
    int count = 0;
    
    while(current != first) {
        current = current->rLink;
        count++;
    }
    return count;
}

template <class T>
bool DblList<T>::isEmpty() {
    // 判双链表空否
    return first->rLink == first;
}

template <class T>
DblNode<T> *DblList<T>::getHead()const {
    // 取附加头结点
    return first;
}

template <class T>
void DblList<T>::setHead(DblNode<T> *ptr) {
    // 设置附加头结点地址
    first = ptr;
}

template <class T>
DblNode<T> *DblList<T>::Search(const T x) {
    // 在链表中沿后继方向寻找等于给定值x的结点
    DblNode<T> *current = first->rLink;
    while(current != first && current->data != x)
        current = current->rLink;
    if(current != first)
        return current; // 搜索成功
    else // 搜索失败
        return NULL;
}

template <class T>
DblNode<T> *DblList<T>::Locate(int i, int d) {
    // 定位
    if((first->rLink == first) || (i = 0))
        return first;
    DblNode<T> *current;
    if(d == 0)
        current = first->lLink; // 搜索前驱方向
    else
        current = first->rLink;
    for(int j = 1; j < i; j++)
    {
        if(current == first)
            break;
        else if(d == 0)
            current = current->lLink;
        else
            current = current->rLink;
    }
    if(current != first) // 定位成功
        return current;
    else
        return NULL;
}

template <class T>
bool DblList<T>::Insert(int i, const T x, int d) {
    // 插入
    DblNode<T> *current = Locate(i, d); // 查找第i个结点
    if(current == NULL) // i不合理，插入失败
        return false;
    DblNode<T> *newNode = new DblNode<T>(x);
    if(newNode == NULL) {
        cerr << "内存空间分配失败！" << endl;
        exit(1);
    }
    if(d == 0) { // 前驱方向插入
        newNode->lLink = current->lLink;
        current->lLink = newNode;
        newNode->lLink->rLink = newNode;
        newNode->rLink = current;
    }
    else { // 后继方向插入
        newNode->rLink = current->rLink;
        current->rLink = newNode;
        newNode->rLink->lLink = newNode;
        newNode->lLink = current;
    }
    return true;
}

template <class T>
bool DblList<T>::Remove(int i, T &x, int d) {
    // 删除
    DblNode<T> *current = Locate(i, d); // 查找第i个结点
    if(current == NULL) // i不合理，插入失败
        return false;
    current->rLink->lLink = current->lLink; // 从lLink链中摘下
    current->lLink->rLink = current->rLink; // 从rLink链中摘下
    x = current->data;
    delete current; // 释放空间
    current = NULL; // 指向空
    return true; // 删除成功
}

template <class T>
void DblList<T>::Output() {
    // 输出双链表中的数据
    DblNode<T> *current = first->rLink;
    while(current != first) {
        cout << current->data << " ";
        current = current->rLink;
    }
    cout << endl;
}

#endif /* DblList_h */

2.main.cpp

#include "DblList.h"
using namespace std;

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int finished = 0, choice, i, x, d, len; // i存储第i个，d:存储方向 -》0表示前驱方向，否则为后继方向
    DblList<int> L;
    DblNode<int> *head = NULL, *current;
    
    while(!finished) {
        cout << "\n*********菜单*********\n";
        cout << "1:建立双链表\n";
        cout << "2:双链表的长度\n";
        cout << "3:双链表是否为空？\n";
        cout << "4:取附加头结点\n";
        cout << "5:设置附加头结点地址\n";
        cout << "6:在链表中沿后继方向寻找等于给定值x的结点\n";
        cout << "7:在链表中定位第i个结点，d=0按前驱方向，否则按后继方向\n";
        cout << "8:在第i个结点后插入x，d=0按前驱方向，否则按后继方向\n";
        cout << "9:删除第i个结点，x带回删除其值，d=0按前驱方向，否则按后继方向\n";
        cout << "10:输出双链表中的数据:\n";
        cout << "11:退出\n";
        cout << "请输入选择[1-11]：\n";
        cin >> choice;
        switch(choice) {
            case 1:
                L.createDblList(); // 建立双链表
                break;
            case 2:
                len = L.Length(); // 双链表的长度
                cout << "双链表的长度为：" << len << endl;
                break;
            case 3:
                if(L.isEmpty()) // 双链表是否为空
                    cout << "双链表为空" << endl;
                else
                    cout << "双链表不空" << endl;
                break;
            case 4:
                head = L.getHead();
                break;
            case 5:
                L.setHead(head); // 设置附加头结点地址
                break;
            case 6:
                cout << "请输入要查找的值x:";
                cin >> x;
                if(L.Search(x) != NULL)
                    cout << "查找成功！" << endl;
                else
                    cout << "查找失败！" << endl;
                break;
            case 7:
                cout << "请输入要定位第i个结点的i和方向d(d=0按前驱方向，否则按后继方向):";
                cin >> i >> d;
                current = L.Locate(i, d);
                if(current == NULL)
                    cout << "定位失败!" << endl;
                else
                    cout << "定位成功！" << endl;
                break;
            case 8:
                cout << "在第i个结点后插入x，d=0按前驱方向，否则按后继方向。请输入i, x和d:";
                cin >> i >> x >> d;
                if(L.Insert(i, x, d))
                    cout << "插入成功!" << endl;
                else
                    cout << "插入失败！" << endl;
                break;
            case 9:
                cout << "删除第i个结点，x带回删除其值，d=0按前驱方向，否则按后继方向。请输入i和d:";
                cin >> i >> d;
                if(L.Remove(i, x, d))
                    cout << "删除成功，删除的值为：" << x << endl;
                else
                    cout << "删除失败！" << endl;
                break;
            case 10:
                cout << "双链表中的数据为：" << endl;
                L.Output();
                break;
            case 11:
                finished = 1;
                break;
            default:
                cout << "输入错误, 请重新输入！" << endl;
        } // switch
    } // while
    return 0;
}