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社区首页 >专栏 >[数据结构]—带头双向循环链表——超详解

[数据结构]—带头双向循环链表——超详解

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小李很执着
发布于 2024-06-15 00:35:35
发布于 2024-06-15 00:35:35
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💓1.总体布局

1.创建双向链表节点 LTNode* CreateLTNode(LTDataType x); 2.初始化双向循环链表 LTNode* LTInit(); 3.打印双向循环链表 void LTPrint(LTNode* phead); 4.循环双向链表尾插 void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x); 5.双向循环链表中删除尾节点 void LTPopBack(LTNode* phead); 6.双向链表的头插操作 void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x); 7.双向链表的头部删除操作 void LTPopFront(LTNode* phead); 8.循环链表中查找指定值节点 LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x); 9.该函双向链表中指定节点pos的前面插入一个新的节点 void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x); 10.双向链表中删除某个节 void LTErase(LTNode* pos); 11.销毁一个循环双向链表 void LTDestroy(LTNode * phead);

💓2.详细解读

❣️1.创建双向链表节点

函数输入参数为节点的值x,函数返回一个指向节点的指针。 函数内部实现:

  1. 使用malloc函数为新节点分配内存空间,分配的大小为一个LTNode结构体的大小。
  2. 判断内存分配是否成功,如果分配失败,则输出错误信息并退出程序。
  3. 对新节点进行初始化,将节点的值设置为x,next指针和prev指针设置为NULL。
  4. 返回指向新节点的指针。
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LTNode* CreateLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	return newnode;
}

❣️2.初始化双向循环链表

链表中的每个节点都是LTNode类型的结构体,其中包含一个指向前一个节点的指针prev和一个指向后一个节点的指针next。该函数首先创建一个值为-1的头节点,并将头节点的前一个节点和后一个节点都指向头节点本身,以形成一个空的双向循环链表。最后返回头节点的指针。

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LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = CreateLTNode(-1);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;

	return phead;
}

❣️3.打印双向循环链表

其参数为双向循环链表的头结点指针,函数内部会从头结点开始遍历链表,并依次打印每个节点的值,直到遍历到头结点为止。最终输出的内容是形如“哨兵位<=>x<=>y<=>z<=>哨兵位”的字符串,其中x、y、z分别表示链表中的元素值。

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void LTPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	printf("哨兵位<=>");

	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<=>", cur->val);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

❣️4.循环双向链表尾插

将一个元素x插入到链表的最后一个节点的后面。 函数接收两个参数,一个是指向链表头结点的指针phead,另一个是要插入到链表尾部的元素x。 首先使用assert函数检查参数phead是否为NULL,如果是则直接终止程序。 接着定义两个指针tail和newnode,tail指向链表的最后一个节点,newnode是要插入到链表尾部的新节点。 然后将新节点插入到链表尾部。具体步骤如下:

  1. 让tail节点的next指针指向newnode节点,即tail->next = newnode。
  2. 让newnode节点的prev指针指向tail节点,即newnode->prev = tail。
  3. 让newnode节点的next指针指向链表头节点phead,即newnode->next = phead。
  4. 让phead节点的prev指针指向newnode节点,即phead->prev = newnode。

这样就完成了在链表尾部插入新节点的操作。

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void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* newnode = CreateLTNode(x);
	// phead               tail  newnode
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

❣️5.双向循环链表中删除尾节点

具体分析如下:

  1. 首先使用assert函数来判断phead是否为空,如果为空则程序立即终止。
  2. 由于是双向循环链表,在删除尾节点之前需要判断链表中是否存在节点。使用assert函数来判断phead的next指针是否指向phead本身,如果是则链表为空,程序立即终止。
  3. 设置指针tail指向链表的尾节点,并使用tailPrev指针来记录尾节点的前一个节点。
  4. 释放tail指向的节点,即删除尾节点。
  5. 将tailPrev节点的next指针指向phead节点,即将链表尾节点删除后,将尾节点的前一个节点的next指针指向头节点。
  6. 将phead节点的prev指针指向tailPrev节点,即将链表尾节点删除后,将头节点的prev指针指向链表的倒数第二个节点,以保证链表仍然是双向循环的。

注意,该函数的前提条件是链表中至少存在一个节点,否则会因为assert函数判断失败而终止程序。在使用该函数时需要注意链表的状态。

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void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	// 空
	assert(phead->next != phead);
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailPrev = tail->prev;
	free(tail);
	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;

}

❣️6.双向链表的头插操作

将一个新节点插入到链表的第一个位置。 输入参数:

  • phead:头结点指针,其中包含链表的头指针和尾指针;
  • x:要插入的节点的值。

函数流程:

  1. 创建新节点,其数据域为x;
  2. 获取原链表中第一个节点的指针first;
  3. 将新节点插入到头结点之后的位置,使得新节点为原链表的第一个节点,first成为新节点的后继节点;
  4. 将原第一个节点的prev指针指向新节点,完成头插操作。

注意事项:

  • 函数中使用了assert宏,用于判断头结点是否存在;
  • 操作需要改变多个节点的指针,需要仔细考虑顺序和细节。
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void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = CreateLTNode(x);
	LTNode* first = phead->next;
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
	newnode->next = first;
	first->prev = newnode;

}

❣️7.双向链表的头部删除操作

1. 首先使用assert函数判断传入的链表头结点指针phead是否为空,如果为空则终止程序运行。 2. 再通过assert函数判断链表是否为空,即头结点的下一个结点是否还是头结点自身,如果是则说明链表为空,同样终止程序运行。 3. 取出链表头结点的下一个结点first,以及第二个结点second。 4. 将头结点的下一个结点指向第二个结点,同时将第二个结点的前一个结点指向头结点,完成删除操作。 5. 最后使用free函数释放被删除的结点first的内存空间,并将first指针置为空。

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void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	// 空
	assert(phead->next != phead);
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = first->next;
	phead->next = second;
	second->prev = phead;
	free(first);
	first = NULL;
	
}

❣️8.循环链表中查找指定值节点

参数说明:

  • phead:指向循环链表头节点的指针。
  • x:需要查找的值。

函数实现步骤:

  1. 首先,断言链表头节点不为空。
  2. 定义一个指针 cur,指向链表的第一个节点。
  3. 遍历链表,如果找到了值为 x 的节点,直接返回该节点指针。
  4. 如果遍历完整个链表都没有找到值为 x 的节点,就返回 NULL 指针,表示没有找到。

需要注意的是,该函数是针对循环链表的查找实现,因此需要判断 cur 指针是否回到了头节点 phead,如果回到了头节点,则表示遍历完整个链表,需要退出循环。

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

❣️9.该函双向链表中指定节点pos的前面插入一个新的节点

节点的值为x。函数实现需要注意以下几点:

  1. 首先需要判断pos节点是否存在,若不存在则直接返回。
  2. 创建一个新节点newnode,并将其值赋为x。
  3. 获取pos节点的前一个节点posPrev,posPrev节点和newnode节点之间需要插入新的节点。
  4. 将posPrev节点的next指针指向newnode节点,将newnode节点的prev指针指向posPrev节点,将newnode节点的next指针指向pos节点,将pos节点的prev指针指向newnode节点。
  5. 确保插入操作顺利完成后,函数返回。
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// 在pos前面的插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);

	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* newnode = CreateLTNode(x);
	// posprev newnode pos
	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

❣️10.双向链表中删除某个节

输入参数是要删除的节点指针pos。 首先通过断言语句assert(pos)来检查输入参数是否为空。 然后通过pos指针找到它的前驱节点posPrev和后继节点posNext,将它们之间的连接断开,即将posPrev的next指针指向posNext,将posNext的prev指针指向posPrev。 最后通过free函数释放pos指向的内存空间,完成删除操作。

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// 删除pos位置
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);

	LTNode* posNext = pos->next;
	LTNode* posPrev = pos->prev;

	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
	free(pos);
	
}

❣️11.销毁一个循环双向链表

参数phead是链表的头指针,其指向一个LTNode类型的结构体,该结构体中有两个指针,分别指向链表的头节点和尾节点。 首先,函数中使用了断言assert(phead),判断参数phead是否为空指针,如果是,程序会终止运行,有助于在调用函数时发现错误。 然后,定义一个指针cur指向链表第一个节点,然后使用while循环遍历除了头节点之外的所有节点,直到遍历完所有节点为止。 在循环中,使用一个指针next指向当前节点的下一个节点,然后释放当前节点的内存空间,最后将cur指向下一个节点。 循环结束后,释放链表头节点的内存空间,销毁整个链表。

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

💓3.部分代码进阶

❣️1.根据2—9:void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)

1.循环双向链表尾插操作

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void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTInsert(phead, x);
}

2. 双向链表的头插操作

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void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTInsert(phead->next, x);
}

❣️2.根据2—10void LTErase(LTNode* pos)

1.双向循环链表中删除尾节点

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void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTErase(phead->prev);
}

2. 双向链表的头部删除操作

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void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	// 空
	assert(phead->next != phead);
	LTErase(phead->next);
}

💓4.整体代码

❣️1.List.h

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#pragma once

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

typedef int LTDataType;

typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	LTDataType val;
}LTNode;

LTNode* CreateLTNode(LTDataType x);
LTNode* LTInit();
void LTPrint(LTNode* phead);
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPopBack(LTNode* phead);

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPopFront(LTNode* phead);

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);


void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);

void LTErase(LTNode* pos);

void LTDestroy(LTNode * phead); 

❣️2.List.c

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#include"List.h"



LTNode* CreateLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}

	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;

	return newnode;
}

LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = CreateLTNode(-1);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;

	return phead;
}

void LTPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	printf("哨兵位<=>");

	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<=>", cur->val);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	//LTNode* tail = phead->prev;
	//LTNode* newnode = CreateLTNode(x);

	 phead               tail  newnode
	//tail->next = newnode;
	//newnode->prev = tail;
	//newnode->next = phead;
	//phead->prev = newnode;

	LTInsert(phead, x);
}

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

	// 空
	assert(phead->next != phead);

	/*LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailPrev = tail->prev;

	free(tail);
	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;*/

	LTErase(phead->prev);
}

//void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
//{
//	assert(phead);
//	LTNode* newnode = CreateLTNode(x);
//
//	newnode->next = phead->next;
//	phead->next->prev = newnode;
//
//	phead->next = newnode;
//	newnode->prev = phead;
//
//}

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	/*assert(phead);
	LTNode* newnode = CreateLTNode(x);
	LTNode* first = phead->next;

	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
	newnode->next = first;
	first->prev = newnode;*/

	LTInsert(phead->next, x);
}

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	// 空
	assert(phead->next != phead);

	/*LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = first->next;

	phead->next = second;
	second->prev = phead;
	free(first);
	first = NULL;*/
	LTErase(phead->next);
}

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->val == x)
		{
			return cur;
		}

		cur = cur->next;
	}

	return NULL;
}

// 在pos前面的插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);

	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* newnode = CreateLTNode(x);

	// posprev newnode pos
	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

// 删除pos位置
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);

	LTNode* posNext = pos->next;
	LTNode* posPrev = pos->prev;

	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
	free(pos);
	//pos = NULL;
}

void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

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

	free(phead);
	//phead = NULL;
}

❣️3.Test.c

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#include "List.h"

void TestList1()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 5);
	LTPushBack(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTPushFront(plist, 10);
	LTPrint(plist);
}

void TestList2()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushFront(plist, 10);
	LTPushFront(plist, 20);
	LTPushFront(plist, 30);
	LTPushFront(plist, 40);

	LTPrint(plist);

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);

	//LTPopFront(plist);
	//LTPrint(plist);
}

void TestList3()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 5);
	LTPushBack(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTNode* pos = LTFind(plist, 3);
	if (pos)
	{
		pos->val *= 10;
	}
	LTPrint(plist);

	LTInsert(pos, 30000);
	LTPrint(plist);

	LTInsert(plist, -1);
	LTPrint(plist);

	LTInsert(plist, -2);
	LTPrint(plist);
}

void TestList4()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 5);
	LTPushBack(plist, 4);

	LTPrint(plist);

	LTNode* pos = LTFind(plist, 3);
	if (pos)
	{
		LTErase(pos);
		pos = NULL;
	}
	LTPrint(plist);

	LTDestroy(plist);
	plist = NULL;
}

int main()
{
	TestList4();

	return 0;
}

💓5.优缺点

带头双向循环链表的优点:

  1. 相对于单向链表,双向链表可以在遍历列表时可以很方便地获取前驱节点,这是非常有用的。因此,双向链表的操作速度要快于单向链表,尤其是在需要频繁地对链表进行插入和删除操作时。
  2. 循环链表能够有效地利用链表结构,实现了一种无限循环的数据结构,可以在遍历列表时可以非常方便地实现循环。
  3. 带头结点的链表可以避免一些特殊情况,例如对于空链表的插入和删除操作,带头节点的链表不需要特殊处理。

带头双向循环链表的缺点:

  1. 相对于单向链表,双向链表需要多维护一个指向前驱节点的指针,这会增加空间复杂度。
  2. 双向链表的实现相对单向链表来说较为复杂,需要处理的指针较多,同时也需要对链表的多个指针进行操作,这在一些情况下导致代码会比单向链表的代码更为复杂。

总的来说,带头双向循环链表在需要频繁对链表进行插入和删除操作时,以及需要实现无限循环链表时非常有用。但是相比于单向链表,需要额外维护一个指向前驱节点的指针,同时实现也较为复杂。

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目录 前言 写在前面的话 链表类型区别 带头+双向+循环链表增删查改实现 接口展示 构建节点类型 创建链表及初始化 节点开辟 链表摧毁 链表打印 链表尾插 链表尾删 链表头插 链表头删 链表查找 链表pos位置前插 链表pos删除 总结 ---- 前言 ---- 本章将带你们走进带头双向循环链表的实现与讲解 写在前面的话 ---- 在前一章我们学习实现了单链表(无头单向不循环链表),这里我们引入带头双向循环链表 很明显这两种结构截然不同,但都是作为链表最常使用链表结构 前者因其结构上的缺点
用户9645905
2022/11/30
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【数据结构】链表最强结构-带头双向循环链表(超详解)
数据结构与算法:双向链表
单链表中,一个节点存储数据和指向下一个节点的指针,而双向链表除了上述两个内容,还包括了指向上一个节点的指针
用户11029103
2024/03/19
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数据结构与算法:双向链表
数据结构——双链表实现和注释浅解
迷迭所归处
2024/11/19
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数据结构——双链表实现和注释浅解
双向链表专题
这⾥的“带头”跟前面我们说的“头节点”是两个概念,带头链表里的头节点,实际为“哨兵位”,哨兵位节点不存储任何有效元素,只是站在这里“放哨的”。
waves浪游
2024/05/03
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双向链表专题
【数据结构】双向带头循环链表(c语言)(附源码)
而对于单链表,由于不具备这三个特性,所以在运行效率上要低于双向链表。那么我们来看看它的结构定义:
ephemerals__
2024/10/24
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【数据结构】双向带头循环链表(c语言)(附源码)
【数据结构】顺序表和链表详解&&顺序表和链表的实现
线性表是一种在实际中广泛使用的数据结构,常见的线性表:顺序表、链表、栈、队列、字符串..
用户10925563
2024/06/04
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【数据结构】顺序表和链表详解&&顺序表和链表的实现
DS:带头双向循环链表的实现
单链表的实现(超详细!!) 其实单链表的全称叫做不带头单向不循环链表,本文会重点介绍链表的分类以及双链表的实现!
小陈在拼命
2024/02/17
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DS:带头双向循环链表的实现
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