【C语言数据结构】手撕“带头双向循环链表”！彻底拿捏复杂链表操作 🚀
摘要：还在为链表的各种边界条件（空表、头节点、尾节点）搞到头秃吗？🤯 是时候见识一下链表的“完全体”——带头双向循环链表了！它被誉为“最温柔的链表”，用一个巧妙的“哨兵”节点，将所有插入、删除操作化繁为简。本文将带你从零开始，用C语言构建一个功能完备的带头双向循环链表，并通过大量图解手撕代码，让你彻底理解其设计的精髓。告别繁琐的NULL值判断，拥抱优雅的指针操作，快来一起征服这个强大的数据结构吧！
一、为什么需要“带头双向循环链表”？🤔
在学习数据结构时，我们都接触过单向链表。但它有个明显的短板：只能向前，不能回头。就像一条单行道，错过了就无法返回。
为了解决这个问题，双向链表应运而生。每个节点都有 prev 和 next 两个指针，来去自如。但它依然不够完美，因为我们总要和 NULL 打交道：
- 对头节点操作，要改
head指针。 - 对尾节点操作，要找到最后一个节点。
- 对空链表插入，逻辑又不一样。
- …无数的
if (node == NULL)判断让人心烦意乱。
有没有一种设计，可以统一所有操作，让我们不再关心这些恼人的边界情况？
答案是肯定的！这就是我们今天的主角——带头双向循环链表！🔗
它有三大法宝：
- 带头 (With Sentinel)：有一个不存储有效数据的“哨兵”或“头”节点。这个节点永远存在，即使链表为空。
- 双向 (Doubly-Linked)：每个节点都有
prev和next指针。 - 循环 (Circular)：头节点的
next指向第一个有效节点，prev指向最后一个有效节点；最后一个节点的next指向头节点。形成一个闭环。
一句话总结它的优势：将所有复杂操作（如头尾插入/删除）都统一为在两个已有节点之间进行操作的简单模式，代码极其优雅！
二、蓝图设计：List.h 头文件 📜
在动手之前，我们先规划好整个结构和需要实现的接口。
// List.h
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
// 链表节点中存储的数据类型
typedef int LTDataType;
// 双向链表节点结构
typedef struct ListNode {
LTDataType data;
struct ListNode* next;
struct ListNode* prev;
} LTNode;
// === 函数声明 ===
void LTPrint(LTNode* phead); // 打印链表
LTNode* LTInit(); // 初始化链表（推荐）
void LTDesTroy(LTNode* phead); // 销毁链表
// 尾插 & 尾删
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPopBack(LTNode* phead);
// 头插 & 头删
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPopFront(LTNode* phead);
bool LTEmpty(LTNode* phead); // 判空
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x); // 查找节点
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x); // 在pos之后插入
void LTErase(LTNode* pos); // 删除pos位置节点
// 课下练习——在指定位置之前插入数据 😉
三、代码实现：List.c 手撕详解 🛠️
接下来是激动人心的代码实现环节！我们将逐一剖析每个函数背后的逻辑和图解。
3.1 初始化：种下一个“哨兵” 🌱
我们的初始化函数 LTInit 非常特别，它会创建一个“哨兵”节点，并让这个节点自己形成一个环。这个环就代表一个空的链表。
// 申请一个新节点，并自己指向自己
LTNode* LTBuyNode(LTDataType x)
{
LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail!");
exit(1);
}
newnode->data = x;
// 关键：新节点的next和prev都指向自己
newnode->next = newnode->prev = newnode;
return newnode;
}
// 初始化，返回一个哨兵节点
LTNode* LTInit()
{
// 哨兵节点的数据我们通常不关心，可以用-1等特殊值标识
LTNode* phead = LTBuyNode(-1);
return phead;
}
图解空链表：
3.2 插入操作：万变不离其宗的四步链接
有了哨兵节点，无论是头插、尾插，还是在任意位置插入，逻辑完全一样！都是在一个已有节点 P 和它的下一个节点 N 之间，插入一个 newnode。
尾插 LTPushBack
尾插是在 phead->prev (尾节点) 和 phead (头节点) 之间插入。
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
LTNode* tail = phead->prev; // 原来的尾节点
// 1. 新节点的prev指向前一个节点(tail)
newnode->prev = tail;
// 2. 新节点的next指向后一个节点(phead)
newnode->next = phead;
// 3. 前一个节点(tail)的next指向新节点
tail->next = newnode;
// 4. 后一个节点(phead)的prev指向新节点
phead->prev = newnode;
}
图解尾插：
头插 LTPushFront
头插是在 phead (头节点) 和 phead->next (原第一个数据节点) 之间插入。代码结构和尾插惊人地相似！
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
LTNode* first = phead->next; // 原来的第一个数据节点
// 1. 新节点的prev指向前一个节点(phead)
newnode->prev = phead;
// 2. 新节点的next指向后一个节点(first)
newnode->next = first;
// 3. 前一个节点(phead)的next指向新节点
phead->next = newnode;
// 4. 后一个节点(first)的prev指向新节点
first->prev = newnode;
}
3.3 删除操作：断开连接，一步到位
删除操作同样优雅，本质就是让待删除节点 del 的前一个节点和后一个节点直接“牵手”，跳过 del。
尾删 LTPopBack
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
assert(!LTEmpty(phead)); // 保证非空
LTNode* del = phead->prev; // 要删除的尾节点
LTNode* prev = del->prev; // 尾节点的前一个节点
// prev 和 phead 直接连接
prev->next = phead;
phead->prev = prev;
free(del);
del = NULL;
}
头删 LTPopFront
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
assert(!LTEmpty(phead));
LTNode* del = phead->next; // 要删除的头节点
LTNode* next = del->next; // 头节点的后一个节点
// phead 和 next 直接连接
phead->next = next;
next->prev = phead;
free(del);
del = NULL;
}
3.4 其他工具函数
这些函数因为哨兵节点的存在，也变得异常简洁。
// 打印链表，跳过哨兵节点
void LTPrint(LTNode* phead)
{
LTNode* pcur = phead->next;
printf("phead <=> ");
while (pcur != phead)
{
printf("%d <=> ", pcur->data);
pcur = pcur->next;
}
printf("phead\n");
}
// 判空，看看哨兵是不是在“自娱自乐”
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
assert(phead);
return phead->next == phead;
}
// 查找，从第一个数据节点开始
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; // 没找到
}
// 在pos节点后插入，和头插尾插逻辑一致
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
LTNode* newnode = LTBuyNode(x);
LTNode* next = pos->next;
// 在 pos 和 next 之间插入 newnode
pos->next = newnode;
newnode->prev = pos;
newnode->next = next;
next->prev = newnode;
}
// 删除pos节点
void LTErase(LTNode* pos)
{
// 保证不删除哨兵节点
assert(pos && pos->data != -1);
LTNode* prev = pos->prev;
LTNode* next = pos->next;
// 让 prev 和 next 直接相连
prev->next = next;
next->prev = prev;
free(pos);
pos = NULL;
}
// 销毁链表
void LTDesTroy(LTNode* phead)
{
// 先释放所有数据节点
LTNode* pcur = phead->next;
while (pcur != phead)
{
LTNode* next = pcur->next;
free(pcur);
pcur = next;
}
// 最后释放哨兵节点
free(phead);
}
💡 C语言指针知识点：在 LTDesTroy 中，phead = NULL; 这行代码（原代码中有）只会将函数内部的局部变量phead置空，无法影响到main函数中的plist。因此，最佳实践是在main函数中调用LTDesTroy后，手动将plist置为NULL，防止野指针。
LTDesTroy(plist);
plist = NULL; // 推荐写法！
四、实战演练：test.c ✅
让我们用测试代码来验证一下我们的“完全体”链表是否工作正常。
#include"List.h"
void test01()
{
// 初始化一个带头节点的空链表
LTNode* plist = LTInit();
printf("尾插 1, 2, 3, 4\n");
LTPushBack(plist, 1);
LTPushBack(plist, 2);
LTPushBack(plist, 3);
LTPushBack(plist, 4);
LTPrint(plist);
printf("\n头删一个元素\n");
LTPopFront(plist);
LTPrint(plist);
LTNode* find = LTFind(plist, 3);
if (find)
{
printf("\n找到了3，在它后面插入100\n");
LTInsert(find, 100);
LTPrint(plist);
printf("\n删除节点3\n");
LTErase(find);
LTPrint(plist);
}
// 销毁链表，手动置空
LTDesTroy(plist);
plist = NULL;
printf("\n链表已销毁\n");
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
预期输出：
尾插 1, 2, 3, 4
phead <=> 1 <=> 2 <=> 3 <=> 4 <=> phead
头删一个元素
phead <=> 2 <=> 3 <=> 4 <=> phead
找到了3，在它后面插入100
phead <=> 2 <=> 3 <=> 100 <=> 4 <=> phead
删除节点3
phead <=> 2 <=> 100 <=> 4 <=> phead
链表已销毁
完美！所有操作都符合预期。
五、总结与挑战 🎓
通过今天的学习，我们彻底掌握了带头双向循环链表这一强大工具。
核心优势回顾：
- 🤖 哨兵节点：消除了对空链表的特殊处理。
- 🔄 循环结构：让头和尾无缝连接，尾部操作不再需要遍历。
- 🔗 统一操作：所有插入/删除都简化为在两个节点之间修改4个指针，代码逻辑高度一致，极大地降低了出错率！
它可能在结构上比普通链表稍微复杂一点，但换来的是代码实现的极度简化和健壮性的提升，这笔投资绝对物超所值！
课后挑战 🧗：
代码中留了一个小练习：在指定位置之前插入数据。你能实现 void LTInsertBefore(LTNode* pos, LTDataType x) 这个函数吗？（提示：其实就是 LTInsert(pos->prev, x) 这么简单！）
感谢您的阅读，如果本文对您有帮助，请不吝点赞收藏！👍
扫一扫
124
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
