【DS】C语言实现带头双向循环链表（详细图解）

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原创 2024-05-26 16:35:35 1k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

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文章目录

双向链表的的实现
总结
完整代码

上篇博客已经对链表的种类进行了简略介绍。详细讲解了如何实现 单链表，感兴趣的可以去看看。现在进行 带头双向循环链表（习惯称为 双向链表）的实现

双向链表的的实现

与单链表一样，双向链表也是对增删查改这些功能进行实现

双向链表节点结构定义

带头双向循环链表：带头，双向，循环就是这个链表的特点，他与单链表就是两个极端，一个十分简陋，一个应有尽有。但双向链表的实现可要比单链表简单许多，这都多亏了他的结构特点
个人建议写双向链表时一定要画图，这样会清晰很多

typedef int LTDataType;

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

该结构包括了一个前驱指针指向前一个节点
数据域
指向下一个节点的next指针

打印数据

为了方便观察，还是先实现一个打印函数。

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

双向链表

由于结构不同，不能再像单链表这样来遍历链表了。观察上图可以看到head是链表的头，完成一次循环后会回到head,所以pcur!= phead，便是控制循环的条件

初始化

带头即malloc出一个节点，这个节点作为头节点（也称为哨兵位），数据域不存储有效数据（这里默认设置为-1但，是无效数据）。
这时只有一个头节点，把他们都指向头节点，再返回即完成初始化。

LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (phead == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	phead->data = -1;
	phead->next = phead->prev = phead;
	return phead;
}

插入数据

这里我们也进行头插和尾插的操作。
频繁插入数据就需要频繁申请节点，所以依旧封装一个ListBuyNode函数来申请节点并把数据放入节点，最后返回。

LTNode* ListBuyNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	node->data = x;
	node->next = node->prev = NULL;
	return node;
}

还需要注意到是prev指针和next指针指向的是哪里，弄清楚这个就很好理解插入操作了

头插

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* node = ListBuyNode(x);
	node->next = phead->next;
	node->prev = phead;

	phead->next->prev = node;
	phead->next = node;
}

使用assert断言来确保传过来的是有效的地址
插入数据时我们一般先对新节点进行连接，再去处理前一个和后一个节点
实在不理解时就去画图！！！画图后会发现清晰明了

尾插

void LTPushback(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* node = ListBuyNode(x);
	node->prev = phead->prev;
	node->next = phead;

	phead->prev->next = node;
	phead->prev = node;
}

看图操作清晰明了，操作顺序依旧先对新节点进行操作，再处理其他节点

删除数据

头删

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead && phead->next != phead);
	LTNode* del = phead->next;
	
	del->next->prev = phead;
	phead->next = del->next;
	
	free(del);
	del = NULL;
}

删除数据必须确保有数据，所以用assert断言一下phead->next != phead
头删比较简单，只需处理要删除节点del的下一个节点的prev指针和头节点的next指针即可

尾删

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead&&phead->next!=phead);
	LTNode* del = phead->prev;

	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;

	free(del);
	del = NULL;

}

尾删需要处理头节点的prev指针和删除节点前一个节点的next指针

指定位置插入数据

要找到指定的位置，通过LTFind函数实现。
遍历链表，找到指定的数据则返回其地址，否则返回空

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		if (pcur->data == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;
}

这里我们只实现了指定位置后插入数据，你也可以自己实现指定位置之前。

void LTInser(LTNode* phead, LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* node = ListBuyNode(x);
	
	node->prev = pos;
	node->next = pos->next;

	pos->next->prev = node;
	pos->next = node;
}

依旧是先对node节点操作，再对pos节点的next指针和pos节点的下一个节点的prev操作

指定位置删除数据

void LTErase(LTNode* phead, LTNode* pos)
{
	assert(phead && phead->next != phead);
	LTNode* del = pos;

	del->prev->next = del->next;
	del->next->prev = del->prev;

	free(del);
	del = NULL;
}

删除指定位置数据也简单，只对del节点的上一个节点的next指针和del节点的下一个节点的prev指针操作即可

销毁链表

void LTDestory(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	free(phead);//需要手动置空哨兵位
	phead = NULL;
}

由于链表节点是在堆区开辟的，为防止内存泄漏，需要及时释放
用next指针保存下一个节点，再释放当前节点，不断遍历直到释放完
最后手动置空一下头节点

总结

带头双向循环链表因为结构的不同，比单链表更为容易实现，而且在尾插操作是可以直接找到尾节点，不需要遍历链表来找尾，在时间复杂度上更胜一筹。而单链表在OJ题上用得很多，也十分重要。
自此数据结构中最常用的单向不带头不循环(单链表)和带头双向循环链表(双向链表)的实现就完成了,会了这两种最常用的链表，剩余六种也是湿湿碎啦。希望这两篇博客对大家有所帮助。

完整代码

分为三个文件，也可以自己合成一个文件。
List.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>

typedef int LTDataType;

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

LTNode* LTInit();//初始化链表
void LTPrint(LTNode* phead);//打印链表
void LTPushback(LTNode* phead, LTDataType x);//尾插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);//头插
void LTPopBack(LTNode* phead);//尾删
void LTPopFront(LTNode* phead);//头删
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);//查找
void LTInser(LTNode* phead, LTNode* pos, LTDataType x);//指定位置之后插入
void LTErase(LTNode* phead, LTNode* pos);//删除指定位置
void LTDestory(LTNode* phead);//销毁链表

List.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 
#include"List.h"

LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (phead == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	phead->data = -1;
	phead->next = phead->prev = phead;
	return phead;
}

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

LTNode* ListBuyNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	node->data = x;
	node->next = node->prev = NULL;
	return node;
}

void LTPushback(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* node = ListBuyNode(x);
	node->prev = phead->prev;
	node->next = phead;

	phead->prev->next = node;
	phead->prev = node;
}

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* node = ListBuyNode(x);
	node->next = phead->next;
	node->prev = phead;

	phead->next->prev = node;
	phead->next = node;
}

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead&&phead->next!=phead);
	LTNode* del = phead->prev;

	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;

	free(del);
	del = NULL;

}

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead && phead->next != phead);
	LTNode* del = phead->next;

	del->next->prev = phead;
	phead->next = del->next;

	free(del);
	del = NULL;
}

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		if (pcur->data == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;
}

void LTInser(LTNode* phead, LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* node = ListBuyNode(x);
	node->prev = pos;
	node->next = pos->next;

	pos->next->prev = node;
	pos->next = node;
}

void LTErase(LTNode* phead, LTNode* pos)
{
	assert(phead && phead->next != phead);
	LTNode* del = pos;

	del->prev->next = del->next;
	del->next->prev = del->prev;

	free(del);
	del = NULL;
}

void LTDestory(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* pcur = phead->next;
	while (pcur != phead)
	{
		LTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	free(phead);//需要手动置空哨兵位
	phead = NULL;
}

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 
#include"List.h"

void LTtest()
{
	//LTNode*phead= LTInit();

	//LTPushback(phead, 0);
	//LTPushback(phead, 1);
	//LTPushback(phead, 2);
	//LTPushFront(phead, 0);
	//LTPopBack(phead);
	//LTPopFront(phead);
	//LTNode* find = LTFind(phead, 0);
	//LTInser(phead, find, 5);

	//LTPrint(phead);
	//
	//LTDestory(phead);
	
}


int main()
{
	LTtest();

	return 0;
}