【数据结构】单向循环链表

目录

一、链表初印象：从单向链表到单向循环链表

二、深入单向循环链表内部

（一）结构剖析

（二）特性探讨

三、单向循环链表的操作实现

（一）创建链表

（二）插入节点

（三）删除节点

（四）遍历链表

四、单向循环链表的应用场景

（一）约瑟夫问题

（二）环形缓冲区

（三）循环队列

五、总结与展望

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一、链表初印象：从单向链表到单向循环链表

        在数据结构的大家族里，链表是一种非常重要的数据结构，它如同一条无形的线，将数据元素串联在一起，在计算机科学领域发挥着不可或缺的作用。今天，咱们就一起深入探索链表中的单向循环链表。在这之前，先简单回顾下单向链表。

        单向链表，是一种线性的链式存储结构。它的每个节点包含两部分：数据域，用于存储实际的数据；指针域，用来指向下一个节点。通过指针域，一个个节点依次连接，形成一条 “链”。比如，我们要存储一组数字：1, 3, 5，就可以创建三个节点，第一个节点的数据域存 1，指针域指向第二个节点；第二个节点数据域存 3，指针域指向第三个节点；第三个节点数据域存 5，由于它是最后一个节点，指针域为 null，标志链表结束 ，就像这样：1 -> 3 -> 5 -> null。

单向链表虽好，但也存在一些局限性。比如，当我们想从链表的尾部回到头部进行操作时，就不太方便，因为单向链表只能顺着指针从前往后遍历。这时候，单向循环链表就登场啦！

        单向循环链表，简单来说，就是在单向链表的基础上，把尾节点的指针指向头节点，从而形成一个环形结构。在单向循环链表中，所有节点首尾相连，没有真正的 “终点”，就像一条环形跑道，无论从哪个节点出发，都能通过不断遍历访问到其他所有节点。还以上面的数字 1, 3, 5 为例，在单向循环链表中，它们的存储结构就变成了：1 -> 3 -> 5 -> 1 ，这样就构成了一个环。

        单向循环链表的出现，很好地解决了单向链表中从尾节点难以回到头节点的问题，在很多场景下都有着独特的应用优势。接下来，我们就更深入地了解单向循环链表的各种特性和操作。

二、深入单向循环链表内部

（一）结构剖析

        单向循环链表的每个节点同样由两部分组成：数据域和指针域。数据域用于存放具体的数据，指针域则保存着下一个节点的内存地址 。比如，我们用单向循环链表来存储学生信息，每个节点的数据域就可以存放某个学生的姓名、学号、成绩等信息，指针域指向下一个学生信息节点。

        与单向链表相比，单向循环链表在结构上最大的不同就是尾节点的指针不再指向 null，而是指向头节点，从而形成一个封闭的环。下面为单向链表与单向循环链表的结构示意图，以便更直观地对比它们的结构差异：

单向链表结构示意图：

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| data | next | --> | data | next | --> | data | next | --> | null |

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节点1 节点2 节点3 节点4

单向循环链表结构示意图：

+----+----+ +----+----+ +----+----+ +----+----+

| data | next | --> | data | next | --> | data | next | --> | data | next |

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节点1 节点2 节点3 节点4

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        在单向链表中，我们顺着指针遍历到最后一个节点后，就无法继续向后了；而在单向循环链表中，尾节点的指针指向头节点，这样我们就可以不断地循环遍历下去。

（二）特性探讨

        环形结构：单向循环链表的环形结构是它最显著的特性。这种结构使得链表中的节点形成一个闭环，所有节点都可以通过指针相互连接，不存在真正的 “终点”。就像我们在操场上跑步，环形跑道没有明确的起