【数据结构 -- C语言】双向带头循环链表的实现网站首页 学无止境

// 带头+双向+循环链表增删查改实现
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	LTDataType data;
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
}ListNode;

// 创建返回链表的头结点
ListNode* ListCreate();
// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* pHead);
// 双向链表打印
void ListPrint(ListNode* pHead);
// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x);
// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* pHead);
// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x);
// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* pHead);
// 双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* pHead, LTDataType x);
// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x);
// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos);

3、接口实现

3.1 开辟结点

我们的链表是动态的链表，因此每次在插入的时候我们都需要 malloc 一个结点，我们将其封装成一个函数，方便后面的代码复用。

ListNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (NULL == newnode)
	{
		perror("malloc fail:");
		return NULL;
	}
	
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	return newnode;
}

3.2 创建返回链表的头结点

这一步是我们给链表创建一个哨兵位的头结点。因为是双向带头循环链表，因此我们让 prev 和 next 指针都指向自己，这样就算是只有一个头结点，我们也是双向循环的结构。

ListNode* ListCreate()
{
	ListNode* phead = BuyListNode(-1);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;

	return phead;
}

3.3 判断链表是否为空

这一步是我们为后面的删除时封装的一个判空功能函数，当链表存在的时候不排除链表为空的情况，因此我们封装此函数，以便后面的接口复用。

bool ListEmpty(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);

	return pHead->next == pHead;
}

3.4 打印

打印函数我们已经很熟悉了，但是双向带头循环链表的打印终止条件要注意，这里不再是以前的 cur == NULL，而是 cur != pHead ，当 cur 走到 pHead 时就说明我们已经遍历完整个链表了。

void ListPrint(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->next;

	printf("guard");
	while (cur != pHead)
	{
		printf("<==>%d", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("<==>
");
}

3.5 双向链表查找

查找不难，但是这里要注意，双向带头链表的第一个结点是哨兵位结点，因此我们要从哨兵位的下一个结点开始遍历查找（cur = pHead->next），循环的终止条件依然是 cur != pHead。

ListNode* ListFind(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->next;

	while (cur != pHead)
	{
		if (cur->data == x)
			return cur;

		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

3.6 双向链表在pos的前面进行插入

我们在找到pos位置后，在 pos 位置前进行插入，我们按下面的流程执行：

1、假如我们要在 data3 前插入一个 data4，我们先用定义一个结构体指针变量 prev，先将data3->prev (data2)结点保存在 prev 变量中；

2、再将 prev->next 改为 data4 ，然后将 data4->prev 改为 prev；

3、最后把 data4->next = data3，再把 data3->prev = data4。

void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	ListNode* prev = pos->prev;
	ListNode* newnode = BuyListNode(x);
	
	prev->next = newnode;
	newnode->prev = prev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

3.6.1 头插

头插的话我们与在pos位置前插入一致，先将第一个结点保存起来，然后进行插入。

void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);

	ListNode* newnode = BuyListNode(x);
	ListNode* first = pHead->next;//多写这一个变量下面的插入语句就可以无序写

	pHead->next = newnode;
	newnode->next = first;
	newnode->prev = pHead;
	first->prev = newnode;
}

3.6.2 尾插

尾插的话先将链表的尾结点保存起来，然后进行插入，还是与在pos位置前插入一样。

void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);

	ListNode* tail = pHead->prev;
	ListNode* newnode = BuyListNode(x);

	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = pHead;
	pHead->prev = newnode;
}

3.6.3 更新头插、尾插写法

对比插入代码我们其实不难发现，头插、尾插与在pos位置前插入的代码逻辑是一样的，实现的功能根本上也没有变，那我们就在头插、尾插时直接复用 ListInsert 接口就可以实现。

1> 头插

void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);

	ListInsert(pHead->next, x);
}

2> 尾插

因为是 pos 位置前插入，链表是双向循环的，所以传的第一个参数就是 pHead ，哨兵位结点前一个结点就是尾结点。

void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);

	ListInsert(pHead, x);
}

3.7 双向链表删除pos位置的节点

我们在找到 pos 结点后，再将 pos 结点删除，我们按下面的流程执行：

1、定义两个结构体指针变量 posPrev与posNext，将 pos 位置前后结点分别保存在 posPrev与posNext 指针变量中；

2、将posPrev->next = posNext，再将 posNext->prev = posPrev；

3、释放掉 pos 结点，free(pos)。

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

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

3.7.1 头删

头删的话我们先将 pHead->next结点与pHead->next->next结点保存下来，将哨兵位结点与头结点的下一个结点连接起来，再将头结点释放掉。

void ListPopFront(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	assert(!ListEmpty(pHead));

	ListNode* first = pHead->next;
	ListNode* second = first->next;

	pHead->next = second;
	first->prev = pHead;
	free(first);
}

3.7.2 尾删

尾删的话我们先将 pHead->prev结点与pHead->prev->prev结点保存下来，将哨兵位结点与尾结点的前一个结点连接起来，再将尾结点释放掉。

void ListPopBack(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	assert(!ListEmpty(pHead));

	ListNode* tail = pHead->prev;
	ListNode* tailPrev = tail->prev;

	tailPrev->next = pHead;
	pHead->prev = tailPrev;
    free(tail);
}

总结：在头删与尾删前要判断链表是否为空。

3.7.3 更新头删、尾删写法

对比删除代码我们其实不难发现，头删、尾删与删除pos位置结点的代码逻辑是一样的，实现的功能根本上也没有变，那我们就在头删、尾删时直接复用 ListErase 接口就可以实现。

1> 头删

void ListPopFront(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	assert(!ListEmpty(pHead));

	ListErase(pHead->next);
}

2> 尾删

void ListPopBack(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	assert(!ListEmpty(pHead));

	ListErase(pHead->prev);
}

3.8 双向链表销毁

链表的销毁主要是遍历一遍链表，从 cur = pHead->next 开始，循环终止的条件为 cur != pHead，遍历完再将哨兵位结点释放掉，整个链表就被释放掉了。

void ListDestory(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->next;

	while (cur != pHead)
	{
		ListNode* next = cur->next;
		free(cur);

		cur = next;
	}
	free(pHead);
}