数据结构第六弹---带头双向循环链表

1、带头双向循环链表概念

概念：带头双向循环链表是一种特殊类型的链表，它由一系列节点组成，每个
节点包含一个数据域和两个指针域，第一个结点不存储有效数据。其中一个指
针指向下一个节点，另一个指针指向前一个节点。在带头双向循环链表中，首
节点的前一个节点是尾节点，尾节点的下一个节点是首节点，形成一个闭环。

2、带头双向循环链表的优势

1.高效遍历：由于带头双向循环链表可以双向遍历，因此可以在O(1)时间内访问任何节点。
2.内存高效：与双向链表相比，带头双向循环链表不需要额外的内存来存储头部节点。
3.插入和删除操作高效：在带头双向循环链表中插入和删除节点时，只需调整指针即可，无需移动大量数据。

3、带头双向循环链表的实现

实现一个带头双向循环链表首先得创建一个工程。(下图为vs 2022)

List.h（带头双向循环链表的类型定义、接口函数声明、引用的头文件）
List.c（带头双向循环链表接口函数的实现）
test.c （主函数、测试顺序表各个接口功能）
以下是List.h的代码。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{LTDataType data;struct ListNode* next;struct ListNode* prev;
}ListNode;//双向链表打印
void ListPrint(ListNode* phead);
//双向链表初始化
ListNode* ListInit();
//双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* phead);
//双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x);
//头插
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x);
//头删
void ListPopFront(ListNode* phead);
//尾删
void ListPopBack(ListNode* phead);
//查找
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x);
//在pos之前插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x);
//删除pos位置
void ListErase(ListNode* pos);
//判断是否为空
bool ListEmpty(ListNode* phead);
//计算大小
int ListSize(ListNode* phead);

3.1、头文件包含和结构定义

以下是实现双向循环链表可能用到的头文件。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

以下是博主创建的双向循环链表的结构，可以根据自己的喜好创建喔。
建议：创建结构时最好能通俗易懂，最好不用拼音创建。

typedef int LTDataType;//定义数据类型，可以根据需要更改
typedef struct ListNode
{LTDataType data;      //数据域 存储数据struct ListNode* next;//指针域 存储指向下一个结点的指针struct ListNode* prev;//指针域 存储指向前一个结点的指针
}ListNode;

3.2、创建新结点

为什么先创建新结点而不是初始化呢？因为当前链表为带头的链表，初始化时需要创建结点，所以就先封装创建结点函数。

ListNode* BuyList(LTDataType x)
{ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));if (newnode == NULL){printf("malloc fail\n");exit(-1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;newnode->prev = NULL;return newnode;
}

3.3、打印

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

3.4、初始化

ListNode* ListInit()
{ListNode* phead = BuyList(0);phead->next = phead;//构成循环phead->prev = phead;//构成循环return phead;
}

3.5、销毁

void ListDestory(ListNode* phead)
{assert(phead);ListNode* cur = phead->next;while (cur != phead){ListNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}free(phead);phead = NULL;//养成好习惯，释放之后手动置为NULL
}

3.6、尾插

void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);//1.创建结点ListNode* newnode = BuyList(x);ListNode* tail = phead->prev;//先找到尾结点//2.链接nexttail->next = newnode;newnode->prev = tail;//3.链接prevnewnode->next = phead;phead->prev = newnode;}

尾插测试
建议养成有初始化函数就有销毁函数的习惯。

3.7、头插

void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);ListNode* newnode = BuyList(x);ListNode* first = phead->next;phead->next = newnode;newnode->prev = phead;newnode->next = first;first->prev = newnode;
}

头插测试

3.8、头删

void ListPopFront(ListNode* phead)
{assert(phead);assert(phead->next != phead);//没有数据则报错ListNode* first = phead->next;ListNode* second = first->next;phead->next = second;second->prev = phead;free(first);first = NULL;
}

测试头删

3.9、尾删

void ListPopBack(ListNode* phead)
{assert(phead);assert(phead->next != phead);ListNode* tail = phead->prev;ListNode* prev = tail->prev;prev->next = phead;phead->prev = prev;free(tail);tail = NULL;
}

尾删测试

3.10、查找

思想：遍历一遍链表，如果该结点的data等于x则返回该结点的地址，遍历一遍没有找到则返回NULL，跟后面在pos位置插入函数结合起来用。

ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);ListNode* cur = phead->next;while (cur != phead){if (cur->data == x){return cur;}cur = cur->next;}return NULL;
}

3.11、在pos之前插入

跟头插尾插思想差不多，可以自己画图理解理解喔，如果有不理解的可以私信博主喔！这里就没有画图啦！

void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);ListNode* newnode = BuyList(x);ListNode* prev = pos->prev;prev->next = newnode;newnode->prev = prev;newnode->next = pos;pos->prev = newnode;
}

测试

3.12、删除pos位置

void ListErase(ListNode* pos)
{assert(pos);ListNode* prev = pos->prev;ListNode* next = pos->next;prev->next = pos->next;next->prev = prev;
}

3.13、判断是否为空

bool ListEmpty(ListNode* phead)
{assert(phead);return phead->next == phead;//相等则为真，不相等则为假
}

3.14、计算大小

思想：创建一个size变量，从头结点的下一个结点遍历链表，不等于头结点则将size++。

int ListSize(ListNode* phead)
{assert(phead);ListNode* cur = phead->next;int size = 0;while (cur != phead){size++;cur = cur->next;}return size;
}

测试

4、代码汇总

以下是SList.c的代码

//创建结点
ListNode* BuyList(LTDataType x)
{ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));if (newnode == NULL){printf("malloc fail\n");exit(-1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;newnode->prev = NULL;return newnode;
}
//打印
void ListPrint(ListNode* phead)
{assert(phead);ListNode* cur = phead->next;while (cur != phead){printf("%d ", cur->data);cur = cur->next;}printf("\n");
}
//初始化
ListNode* ListInit()
{ListNode* phead = BuyList(0);phead->next = phead;//构成循环phead->prev = phead;//构成循环return phead;
}
//销毁
void ListDestory(ListNode* phead)
{assert(phead);ListNode* cur = phead->next;while (cur != phead){ListNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}free(phead);phead = NULL;//养成好习惯，释放之后手动置为NULL
}
//尾插
void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);ListNode* newnode = BuyList(x);ListNode* tail = phead->prev;tail->next = newnode;newnode->prev = tail;newnode->next = phead;phead->prev = newnode;
}
//头插
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);ListNode* newnode = BuyList(x);ListNode* first = phead->next;phead->next = newnode;newnode->prev = phead;newnode->next = first;first->prev = newnode;}
//头删
void ListPopFront(ListNode* phead)
{assert(phead);assert(phead->next != phead);ListNode* first = phead->next;ListNode* second = first->next;phead->next = second;second->prev = phead;free(first);first = NULL;
}
//尾删
void ListPopBack(ListNode* phead)
{assert(phead);assert(phead->next != phead);ListNode* tail = phead->prev;ListNode* prev = tail->prev;prev->next = phead;phead->prev = prev;free(tail);tail = NULL;
}
//查找元素为X的地址
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);ListNode* cur = phead->next;while (cur != phead){if (cur->data == x){return cur;}cur = cur->next;}return NULL;
}
//在pos之前插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);ListNode* newnode = BuyList(x);ListNode* prev = pos->prev;prev->next = newnode;newnode->prev = prev;newnode->next = pos;pos->prev = newnode;
}
//删除pos位置
void ListErase(ListNode* pos)
{assert(pos);ListNode* prev = pos->prev;ListNode* next = pos->next;prev->next = pos->next;next->prev = prev;
}
//判断是否为空
bool ListEmpty(ListNode* phead)
{assert(phead);//1.//if (phead->next == phead)//{//	return true;//}//else//{//	return false;//}//2.return phead->next == phead;
}
//获取有效数据个数
int ListSize(ListNode* phead)
{assert(phead);ListNode* cur = phead->next;int size = 0;while (cur != phead){size++;cur = cur->next;}return size;
}

总结

本篇博客就结束啦，谢谢大家的观看，如果公主少年们有好的建议可以留言喔，谢谢大家啦！