带头双向循环链表

dhdw

已于 2022-05-23 08:34:05 修改

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分类专栏：数据结构与算法学习笔记文章标签：链表数据结构 c语言

于 2022-05-23 08:16:29 首次发布

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这篇博客详细介绍了如何在C语言中实现带头双向循环链表的创建、初始化、插入、删除、查找、打印和销毁等操作。文章通过List.h和List.c两个文件分别展示了结构体定义和函数实现，包括ListInit、ListPrint、ListPushBack、ListPopBack等功能，以及辅助函数BuyListNode。此外，还讨论了ListFind和ListInsert在查找和插入节点时的重要性。

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一：结构体的创建和函数的声明（List.h）

请添加图片描述

带头双向循环链表的结构如图，看起来是不是有亿点复杂，但是使用起来却十分方便
可以看到，它有一个不存储数据的头节点，每个节点中有三个值，一个是prev指针，一个是数据域data，和一个next指针改变
其中头结点的prev指向尾节点，尾结点的next指向头节点，形成了循环
其余节点的prev指向上一个节点，next指向下一个节点，构成了双向
所以定义结构体的时候也需要有这三个变量
注意data的类型不要直接写死成int或者其它类型，先将它的类型重定义为ListDataType
之后要想改变data的类型，只需改变typedef后的类型即可
这些操作都放在List.h中完成，便于其它文件调用
剩下就是进行函数的声明，我们需要的函数有初始化，打印，头插头删尾插尾删，查找，任意位置插入删除，销毁这几个函数。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
typedef int ListDataType;
typedef struct ListNode
{
	ListDataType data;
	struct ListNode* prev;
	struct ListNode* next;
}LTNode;
LTNode* ListInit();
void ListPushBack(LTNode* phead, ListDataType x);
void ListPrint(LTNode* phead);
void ListPopBack(LTNode* phead);
void ListPushFront(LTNode* phead, ListDataType x);
void ListPopFront(LTNode* phead);
LTNode* ListFind(LTNode* phead, ListDataType x);
void ListInsert(LTNode* pos, ListDataType x);
void ListErase(LTNode* pos);
void ListDestroy(LTNode* phead);

二：函数的具体实现（List.c）

1. ListInit（初始化链表）

请添加图片描述

由于刚开始只有一个节点，也就是头结点，又要构成双向循环，所以头结点的prev和next都指向的是头结点自己
这里初始化没有传二级指针，而是采取了返回头结点的方式。所以需要先malloc申请一个头结点phead
然后将phead的prev和next都指向phead自己，初始化就大功告成了。
代码如下：

LTNode* ListInit()
{
	LTNode* phead = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	phead->prev = phead;
	phead->next = phead;
	return phead;
}

2. ListPrint（打印链表）

首先先断言链表不为空，为空就不用打印了
然后就是利用cur指针从头节点的下一个节点遍历链表（头结点不存储有效数据）节点打印数据域data，问题是终止条件是什么
单链表时在cur为为NULL时就到尾了，可是带头双向链表没有指向NULL的节点
其实也很简单，当cur再次为头结点phead时说明已经遍历链表一遍了，这就是终止条件
我这里是为了再每个节点后打印->方便观看，所以是让cur的next不为phead为终止条件，最后再单独打印最后一个节点，如果只有头结点就不打印
代码如下：

void ListPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur->next != phead)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	//如果只有头结点，不打印
	if (phead->next != phead)
	{
		printf("%d\n", cur->data);
	}
}

3.BuyListNode（申请新节点）

此函数为辅助函数，是为了后面头插，尾插和任意位置插入时申请头结点，减少代码的重复
实现起来也十分容易，申请一个节点将其进行初始化后返回
代码如下：

LTNode* BuyListNode(ListDataType x)
{
	LTNode* NewNode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	NewNode->data = x;
	NewNode->next = NULL;
	NewNode->prev = NULL;
	return NewNode;
}

4. ListPushBack (尾插)

比起单链表的尾插，带头双向循环链表进行尾插就十分容易，因为它不用遍历寻找尾结点，头结点phead的prev指向的就是尾结点
先断言防止链表为初始化而为空链表
再使用BuyListNode函数申请一个新节点NewNode，通过头节点的prev找到尾结点
将尾结点tail的next链接上NewNode,再将NewNode的prev指向tail
此时NewNode为新的尾结点，将其next指向头结点phead，再将phead的prev指向新的尾结点NewNode,尾插就完成了
当然之后完成ListInsert以后就可以直接调用它完成尾插

void ListPushBack(LTNode* phead, ListDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* NewNode = BuyListNode(x);
	//将新节点插入
	tail->next = NewNode;
	NewNode->prev = tail;
	NewNode->next = phead;
	phead->prev = NewNode;
	//ListInsert(phead,x);
}

5. ListPopBack（尾删）

进行尾删时我们不仅要断言链表不为空，并且要断言链表不能只有头节点，因为我们不希望将头结点也删除
之后通过phead的prev找到尾结点tail，创建变量tailprev指向tail的上一个节点
因为tail节点要被释放，所以tailprev是尾删后链表的新尾节点
将tailprev的next指向头结点phead,phead的prev指向tailprev
最后释放tail节点，就完成了尾删
完成ListErase后可以直接调用完成尾删

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

6. ListPushFront（头插）

这里说是头插但并不是在头结点phead前面插入，无论如何phead都是头节点，它就是个哨兵，起的站岗作用，所以头插其实是在头结点phead后面进行插入
创建变量next指向第二个节点就是头结点的下一个节点，之后在next前面进行插入新节点
之后的工作就是将phead的next指向NewNode,NewNode的prev指向phead
NewNode的next指向next,next的prev指向NewNode完成双向链接
完成ListInsert以后就可以直接调用它完成头插

void ListPushFront(LTNode* phead, ListDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* NewNode = BuyListNode(x);
	LTNode* next = phead->next;
	phead->next = NewNode;
	NewNode->prev = phead;
	NewNode->next = next;
	next->prev = NewNode;
	//ListInsert(phead->next, x);
}

7. ListPopFront（头删）

进行头删时我们不仅要断言链表不为空，并且要断言链表不能只有头节点，因为我们不希望将头结点也删除
并且头删删除的也并不是头节点，是头节点的下一个节点
之后通过phead的next找到要删除的结点next，创建变量Nextnext指向next的下一个节点
然后将Nextnext和头节点phead进行链接，具体实现不赘述了
最后释放next节点，就完成了头删
完成ListErase后可以直接调用完成头删

void ListPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);
	LTNode* next = phead->next;
	LTNode* nestNest = next->next;
	phead->next = nestNest;
	nestNest->prev = phead;
	free(next);
	next = NULL;
	//ListErase(phead->next);
}

8. ListFind（查找链表元素）

这个函数很少单独使用，更多的是为了辅助ListInsert，ListErase这两个函数，通过ListFind找到要插入删除的节点，然后将其地址传给ListInsert，ListErase进行插入或删除
实现也很简单，使用cur指针遍历链表，对比每一个节点data的值和x的值，x代表使用者想要查找的值
如果相等就返回节点地址，如果找不到就返回NULL
通过ListFind还可以实现链表元素的修改

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

9. ListInsert（任意位置前插入节点）

pos参数一般是基于ListFind查找而来，故这两个函数经常搭配使用
之后创建变量posprev指向pos的上一个节点，申请新节点将其prev指向posprev,将其next指向pos
posprev的next指向新节点NewNode,pos的prev指向NewNode
这样pos位置之前的插入就完成了，并且可以替代头插尾插

//在pos之前插入
void ListInsert(LTNode* pos, ListDataType x)
{
	assert(pos);
	LTNode* posprev = pos->prev;
	LTNode* NewNode = BuyListNode(x);
	NewNode->prev = posprev;
	posprev->next = NewNode;
	NewNode->next = pos;
	pos->prev = NewNode;
}

10. ListErase（删除任意位置节点）

pos参数一般是基于ListFind查找而来，故这两个函数经常搭配使用
之后创建变量posprev指向pos的上一个节点，创建变量posnext指向pos的下一个节点
将posprev与posnext链接，释放pos，就完成pos位置的删除了，并且可以替代掉尾删头删

void ListErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* posNext = pos->next;
	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
	pos = NULL;
}

11. ListDestroy（销毁链表）

最后是销毁链表，这里有个很容易犯的错误就是直接free(phead)，这样只是释放了头节点，链表的其它节点并未释放，会造成内存泄露。
所以我们需要通过cur遍历链表所有节点一个一个进行释放，并且防止释放了cur找不到cur的下一个节点，需要先创建临时变量进行保存
最后将phead置为空指针代表链表为空，即销毁完成。

void ListDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	phead = NULL;
}