33.数据结构-双向循环链表

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一.双向循环链表的结构

1.1 双向循环链表的定义

双向循环链表每一个结点有两个指针域，一个指向前驱结点，另一个指向后继结点，并且头结点的前驱指针指向尾结点，尾结点的next指针指向头结点，实际使用时会使用带头双向链表

1.2 双向循环链表的实现思路

通过模板类定义DualCircleList,并且继承双向链表DualLinkList类
在DualCircleList使用Linux内核链表实现，Linux内核链表在上一篇文章获取
使用struct list_head定义进行DualCircleList的头结点定义
在循环遍历的时候忽略头结点

1.3 双向循环链表实现要点

通过list_head定位目标结点
通过list_entry将list_head目标结点指针转换为目标结点
通过list_for_each来实现int find(const T&e)
遍历函数中的next和pre要跳过头结点

二.双向循环链表的接口实现

2.1 双向循环链表的结构

struct Node
 {
    
    
       list_head head;
      T value;
 };

list_head m_header;//定义头结点
list_head* m_current;//定义头指针

2.2 双向循环链表的初始化

在构造函数中实现

DualCircleList()
{
    
    
		this->m_length = 0;
		this->m_step = 1;
		m_current = NULL;
		INIT_LIST_HEAD(&m_header);
}

2.3 双向循环链表结点定位

和单链表遍历结点位置方法是一样的，找到插入结点的前一个结点，需要注意在const修饰的成员函数不应该修改对象的任何成员变量，这个时候要想获取到头结点需要进行类型转换，即const属性的成员函数调用非const属性的成员函数时，使用const_cast<>运算符去掉const属性

	//1.实现定位函数
	list_head* postion(int i)const
	{
    
    
		//在const修饰的成员函数中不可以直接使用成员变量的地址，需要进行类型转换
		list_head* ret = const_cast<list_head*>(&m_header);
		for (int p = 0; p < i; p++)
		{
    
    
			ret = ret->next;
		}

		return ret;
	}

2.4 根据指定位置插入结点

先找到插入的位置
注意先不要断开原来的链表，新结点要与前驱结点和后继结点分别建立两次关系

	bool insert(int i, const T& e)
	{
    
    
		bool ret    = true;
		Node* node	= new Node();
		i = i % (this->m_length + 1);//确定i的值

		if (node != NULL)
		{
    
    
			node->value = e;
			list_add_tail(&node->head, postion(i)->next);
			this->m_length++;
		}
		else
		{
    
    
			cout << "new Node failed\n<<endl;
		}
		
		return ret;
	}

	//4.尾部插入
	bool insert(const T& e)
	{
    
    
		return insert(this->m_length, e);
	}

2.5 删除指定位置的结点

在这里插入图片描述
伪代码实现：

static void __list_del(struct list_head* prev, struct list_head* next)
{
    
    
    next->prev = prev;
    prev->next = next;
}

static void list_del(struct list_head* entry)
{
    
    
    __list_del(toDel->prev, toDel->next);
    toDel->next = NULL;
    toDel->prev = NULL;
}

cpp中实现为：
先判断删除的位置是否合法，找到被删除结点，判断当前删除的结点是否为游标指向的位置，如果是的话将游标移动到下一个位置，并调用Linux内核链表的删除函数，同时将长度减1，释放删除结点的内存

bool remove(int i)
	{
    
    
		bool ret = true;

		i = mod(i);//判断删除的位置是否合法
		ret = ((i >= 0) && (i < this->m_length));

		if (ret)
		{
    
    
			//找到被删除的结点
			list_head* toDel = postion(i)->next;

			//判断当前删除的结点是否为游标指向的位置
			//如果是的话将游标移动一个位置
			if (m_current == toDel)
			{
    
    
				m_current = toDel->next;
			}

			list_del(toDel);
			this->m_length--;

			delete list_entry(toDel, Node, head);
		}

		return ret;
	}

2.6 修改某个结点的值

先判断设置的位置是否合法
进行指针转换


	bool set(int i, const T& e)
	{
    
    
		bool ret = true;

		i = mod(i);

		if (ret)
		{
    
    
			list_entry(postion(i)->next, Node, head)->value = e;
		}

		return ret;
	}

2.7 获取某一个结点的值

	T get(int i) const
	{
    
    
		bool ret;
		i = mod(i);
		ret = ((i >= 0) && (i < this->m_length));

		if (ret)
		{
    
    
			return list_entry(postion(i)->next, Node, head)->value;
		}

		return ret;
	}

2.8 通过结点值找到下标

int find(const T& e)const
	{
    
    
		int ret = -1;
		int i = 0;
		list_head* slider = NULL;

		list_for_each(slider, &m_header)
		{
    
    
			if (list_entry(postion(i)->next, Node, head)->value == e)
			{
    
    
				ret = i;
				break;
			}

			i++;
		}
		return ret;
	}

2.9 获取双向链表的长度

	int length()const
	{
    
    
		return this->m_length;
	}

2.10 清空链表

void clear()
	{
    
    
		while (this->m_length > 0)
		{
    
    
			remove(0);
		}
	}

2.11 析构函数实现

	~DualCircleList()
	{
    
    
		clear();
	}

三.完整代码

代码可以不继承双向链表，但是需要加一些变量

#ifndef DUALCIRCLELIST_H
#define DUALCIRCLELIST_H

#include "DualLinkList.h"
#include "LinuxList.h"


template<class T>
class DualCircleList : public DualLinkList<T>
{
    
    
protected:
	struct Node
	{
    
    
		list_head head;
		T value;
	};

	list_head m_header;//定义头结点
	list_head* m_current;//定义头指针

	//1.实现定位函数
	list_head* postion(int i)const
	{
    
    
		//在const修饰的成员函数中不可以直接使用成员变量的地址，需要进行类型转换
		list_head* ret = const_cast<list_head*>(&m_header);
		for (int p = 0; p < i; p++)
		{
    
    
			ret = ret->next;
		}

		return ret;
	}

	//2.
	int mod(int i)const
	{
    
    
		return ((this->m_length == 0) ? 0 : (i % this->m_length));
	}

public:
	DualCircleList()
	{
    
    
		this->m_length = 0;
		this->m_step = 1;
		m_current = NULL;
		INIT_LIST_HEAD(&m_header);
	}

	//3.
	bool insert(int i, const T& e)
	{
    
    
		bool ret    = true;
		Node* node	= new Node();
		i = i % (this->m_length + 1);//确定i的值

		if (node != NULL)
		{
    
    
			node->value = e;
			list_add_tail(&node->head, postion(i)->next);
			this->m_length++;
		}
		else
		{
    
    
			cout << "new Node failed"<<endl;
		}
		
		return ret;
	}

	//4.尾部插入
	bool insert(const T& e)
	{
    
    
		return insert(this->m_length, e);
	}

	//5.删除结点
	bool remove(int i)
	{
    
    
		bool ret = true;

		i = mod(i);//判断删除的位置是否合法
		ret = ((i >= 0) && (i < this->m_length));

		if (ret)
		{
    
    
			//找到被删除的结点
			list_head* toDel = postion(i)->next;

			//判断当前删除的结点是否为游标指向的位置
			//如果是的话将游标移动一个位置
			if (m_current == toDel)
			{
    
    
				m_current = toDel->next;
			}

			list_del(toDel);
			this->m_length--;

			delete list_entry(toDel, Node, head);
		}

		return ret;
	}

	bool set(int i, const T& e)
	{
    
    
		bool ret = true;

		i = mod(i);
		ret = ((i >= 0) && (i < this->m_length));

		if (ret)
		{
    
    
			list_entry(postion(i)->next, Node, head)->value = e;
		}

		return ret;
	}

	T get(int i) const
	{
    
    
		bool ret;
		i = mod(i);
		ret = ((i >= 0) && (i < this->m_length));

		if (ret)
		{
    
    
			return list_entry(postion(i)->next, Node, head)->value;
		}

		return ret;
	}

	virtual int find(const T& e)const
	{
    
    
		int ret = -1;
		int i = 0;
		list_head* slider = NULL;

		list_for_each(slider, &m_header)
		{
    
    
			if (list_entry(postion(i)->next, Node, head)->value == e)
			{
    
    
				ret = i;
				break;
			}

			i++;
		}
		return ret;
	}

	int length()const
	{
    
    
		return this->m_length;
	}

	void clear()
	{
    
    
		while (this->m_length > 0)
		{
    
    
			remove(0);
		}
	}

	bool move(int i, int step = 1)
	{
    
    
		bool ret = (step > 0);

		i = mod(i);

		ret = ret && ((i >= 0) && (i < this->m_length));

		if (ret)
		{
    
    
			m_current = postion(i)->next;
			this->m_step = step;
		}

		return ret;
	}

	bool end()
	{
    
    
		return ((m_current == NULL) || (this->m_length == 0));
	}

	
	virtual T current()
	{
    
    
		if (!end())
		{
    
    
			return list_entry(m_current, Node, head)->value;
		}
		else
		{
    
    
			cout << "list is empty" << endl;
			return NULL;
		}

	}

	bool next()
	{
    
    
		int i = 0;

		//
		while ((i < this->m_step) && !end())
		{
    
    
			//不等于头结点
			if (m_current != &m_header)
			{
    
    
				//指向下一个结点
				m_current = m_current->next;
				//计数
				i++;
			}
			else
			{
    
    
				//直接跳过头结点
				m_current = m_current->next;
			}
		}

		//如果等于头结点
		if (m_current == &m_header)
		{
    
    
			m_current = m_current->next;
		}

		return (i == this->m_step);
	}

	bool pre()
	{
    
    
		int i = 0;

		//
		while ((i < this->m_step) && !end())
		{
    
    
			//不等于头结点
			if (m_current != &m_header)
			{
    
    
				//指向上一个结点
				m_current = m_current->prev;
				//计数
				i++;
			}
			else
			{
    
    
				//直接跳过头结点
				m_current = m_current->prev;
			}
		}

		//如果等于头结点
		if (m_current == &m_header)
		{
    
    
			m_current = m_current->prev;
		}

		return (i == this->m_step);
	}

	~DualCircleList()
	{
    
    
		clear();
	}
};



#endif

四.测试代码

插入10个元素，并删除元素值为5的元素

#include "DualCircleList.h"
#include <iostream>

int main()
{
    
    
	DualCircleList<int> dl;
	int j = 5;

	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
    
    
		dl.insert(0, i);
		dl.insert(0, j);
	}

	for (int i = 0; i < dl.length(); i++)
	{
    
    
		cout << dl.get(i) << endl;
	}

	//定位到最后一个元素
	dl.move(dl.length() - 1);
	cout << " delete begin()" << endl;

	//查找5这个元素是否在链表里面，如果在，则删除
	while (dl.find(5)!= -1)
	{
    
    
		if (dl.current() == 5)
		{
    
    
			cout << dl.current() << endl;
			dl.remove(dl.find(dl.current()));
		}
		else
		{
    
    
			dl.pre(); //定位到前驱结点
		}
	}
	cout << "delete end()" << endl;
	cout << "for_each begin" << endl;

	for (int i = 0; i < dl.length(); i++)
	{
    
    
		cout << dl.get(i) << endl;
	}


	return 0;
}

结果：

5
4
5
3
5
2
5
1
5
0
 delete begin()
5
5
5
5
5
delete end()
for_each begin
4
3
2
1
0