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【数据结构】- (带头结点)循环双向链表 - 详细实现思路及代码
目录
一、概述
二、循环双向链表
三、循环双向链表实现步骤
📌3.1 C语言定义循环双向链表结点
📌3.2 循环双向链表初始化
📌3.3 循环双向链表插入数据
📌3.4 循环双向链表删除数据
📌3.5 循环双向链表查找数据
📌3.6 循环双向链表的销毁
四、循环双向链表链表完整代码
一、概述
上篇文章介绍了双向链表,双向链表在平时比较少用,倒是
循环双向链表
比较常用,这篇文章主要介绍循环双向链表
以及实现循环双向链表的步骤,最后提供我自己根据理解实现循环双向链表的C语言代码。跟着后面实现思路看下去,应该可以看懂代码,看懂代码后,就对双向链表有了比较抽象的理解了,最后自己再动手写一个双向链表,就基本理解这个东西了。
二、循环双向链表
循环双向链表
:在单链表的每个结点中,再设置一个指向其前驱结点的指针域。且第一个结点(若有头结点,则是头结点)的前驱指针指向最后一个结点,最后一个结点的后继指针指向第一个结点(若有头结点,则是头结点)。
下图是 单链表:
下图是 双向链表:
下图是 循环双向链表:
循环双向链表的特点:
- 循环双向链表可以反向访问到链表的结点,因为它有指向前一个结点的指针
prior
,也具备了循环链表的特点,可以在链表的任意位置访问其他结点;- 带有头结点的循环双向链表,为空链表时,头结点的两个指针域都指向
头结点
。
此时,头指针list
存放了头结点的地址,头结点的两个指针域也都存放了头结点的地址,所以会有list->next->next==list
,不管list->后面接几个next,都会指向头结点。
- 带有头结点的循环双向链表,为非空链表时,
头结点的前驱指针域指向最后一个结点
,后驱指针域指向第一个结点;
最后一个结点的前驱指针域指向前一个结点,后驱指针域指向头结点
;
其他结点的前驱指针域指向前一个结点,后驱指针域指向后一个结点;
三、循环双向链表实现步骤
从上面知道了双向链表的相关概念和一些特点,接下来开始实现循环双向链表,这里使用带有头结点的循环双向链表进行讲解,从初始化双向链表、插入数据、删除数据、查找数据、销毁双向链表
5个操作进行说明,需要注意的是,循环双向链表的插入、删除操作需要改变两个指针域;其他操作基本和单链表一致。
📌3.1 C语言定义循环双向链表结点
为了和前几篇文章的链表做比较,循环双向链表结构体也尽量定义相似的。
typedef int ElemType;
typedef struct _CyclicDoubleListNode
{
ElemType data;
struct _CyclicDoubleListNode *prior; // 前驱指针
struct _CyclicDoubleListNode *next; // 后驱指针
}CyclicDoubleListNode;
typedef CyclicDoubleListNode* CyclicDoubleLinkList;
📌3.2 循环双向链表初始化
因为带有头结点,初始化时就需要分配一个头结点的内存空间,且头指针会一直指向头结点,空链表时头结点的两个指针域都指向自己(头结点)。
循环双向链表初始化算法思路如下:
1、分配一个结点的存储空间作为头结点,并将头指针指向头结点;
2、让头结点的 prior指针 和 next指针 都指向头结点,头结点的数据填一个无效值;
3、将头指针返回给函数调用者。
C语言实现代码如下:
CyclicDoubleLinkList ListInit()
{
CyclicDoubleLinkList list = (CyclicDoubleLinkList)malloc(sizeof(CyclicDoubleListNode));
list->prior = list;
list->next = list;
list->data = -1;
return list;
}
📌3.3 循环双向链表插入数据
循环双向链表插入数据大致分为两个步骤:首先,找到插入位置n的前一个结点;其次,是插入新结点,可以:先连接新结点、再指向新结点
的顺序。
先连接新结点:是先把新结点的两个指针域分别连接当前结点和下个结点,new->prior = cur;
、new->next = cur->next;
再指向新结点:将当前节点的的指针域指向新节点,与旧节点断开,cur->next->prior = new;
、cur->next = new;
双向链表在第n个位置插入数据的算法思路:
1、定义一个结点指针cur指向头结点,用来遍历链表;
2、定义一个变量cur_i,用来表示当前结点的序号,初始化为0表示当前指向头结点;
3、将cur指针不断往后移动,直到下个位置就是插入位置n,即当cur_i==(n-1)跳出循环;
4、若结束循环后是最后一个结点了,且不是插入位置前一结点,说明链表长度不够;
5、否则,说明当前结点cur的下个位置就是插入位置n,分配存储空间给新结点new;
6、把值填进新节点的数据域,用新结点prior指向当前结点,next指向当前节点的下个节点;
7、再将下个结点的prior指向新结点,当前结点的next指向新结点,完成插入操作。
C语言实现代码如下:
int ListInsert(CyclicDoubleLinkList list, int data, int n)// 将node插入到第n位,n从1开始
{
if(list==NULL || n<1) // 判断参数有效性
return -1;
CyclicDoubleListNode* cur = list; // cur指向当前结点,初始化指向头结点
int cur_i=0; // cur_i表示当前结点的序号,0-头结点
while(cur->next!=list && cur_i<(n-1))
{// 不是最后一个结点,且不是插入位置的前一个结点,就后移一个
cur = cur->next;
cur_i++;
}
if(cur->next==list) // 移动到最后一个结点了
{
if(cur_i!=(n-1)) // 仍然不是插入位置前一个结点,出错
{
printf("[%s %d]error din't have No.%d
", __FUNCTION__,__LINE__, n);
return -1; // 链表没有 n 那么长
}
}
CyclicDoubleListNode* new = (CyclicDoubleListNode*)malloc(sizeof(CyclicDoubleListNode));
new->data = data;
new->prior = cur;
new->next = cur->next;
cur->next->prior = new;
cur->next = new;
return 0;
}
📌3.4 循环双向链表删除数据
循环双向链表删除结点也是需要改变两个指针域,大致步骤如下,首先,找到删除位置n的前一个结点;其次,“把前一个结点的next
指针域指向删除结点del的下个结点
”,“再把下个结点的prior
指针域指向删除结点del的前个结点
”,这样就删除了下一个结点。
循环双向链表删除第n个数据的算法思路:
1、定义一个结点指针cur指向头结点,用来遍历链表;
2、定义一个变量cur_i,用来表示当前结点的序号,初始化为0表示当前指向头结点;
3、将cur指针不断往后移动,直到下个位置就是删除位置n,即当cur_i==(n-1)跳出循环;
4、若结束循环后是最后一个结点(cur->next==list),说明链表长度不够;
5、否则,说明下个结点(cur->next)就是删除位置n的结点delete,赋值delete = cur->next;
6、将前一个结点的next指针域指向 del 的下个结点 ,delete->prior->next = delete->next;
7、将下一个结点的prior指针域指向 del 的前个结点 ,delete->next->prior = delete->prior;;
8、最后释放delete结点的内存,完成删除操作。
C语言实现代码如下,删除结点更关注的是下个结点(cur->next
)的有效性:
// 删除第n个结点,且将删除的值通过data传出
int ListDelete(CyclicDoubleLinkList list, int *data, int n)
{
if(list==NULL || data==NULL || n<1)
return -1;
CyclicDoubleListNode* cur = list; // cur指向当前结点,初始化指向头结点
int cur_i=0; // cur_i表示当前结点的序号,0-头结点
while(cur->next!=list && cur_i<(n-1))
{// 不是最后一个结点,且当前位置不是删除位置的前一个,就后移一个
cur = cur->next;
cur_i++;
}
if(cur->next==list) // 移动到最后一个结点了
{
printf("[%s %d]error din't have No.%d
", __FUNCTION__,__LINE__, n);
return -1; // 链表没有 n 那么长
}
CyclicDoubleListNode *delete = cur->next;
delete->prior->next = delete->next;
delete->next->prior = delete->prior;
*data = delete->data;
free(delete);
return 0;
}
📌3.5 循环双向链表查找数据
查找数据时,将指针指向第一个结点而非头结点,下面函数中list
是头指针,指向头结点,循环双向链表非空时,list->next
就是第一个结点;双向链表为空时,list->next == list
。循环双向链表 和 单链表 查找数据的算法是一样的。
双向链表查找第n个数据的算法思路:
1、定义一个结点指针cur指向第一个结点(list->next),用来遍历链表;
2、定义一个变量cur_i,用来表示当前结点的序号,初始化为1(第一步指向的就是第一个结点);
3、若当前结点有效,且当前位置不是查找位置n,就继续后移,直到最后结点或cur_i==n跳出循环;
4、若结束循环后,是最后一个结点,说明已经移动到最后,链表长度不够;
5、否则,说明当前结点(cur)就是查找位置n的结点;返回结点数据*data = cur->data。
C语言实现代码如下:
int ListFind(CyclicDoubleLinkList list, int *data, int n)
{
if(list==NULL || data==NULL || n<1)
return -1;
CyclicDoubleListNode* cur = list->next;// 指向第一个节点
int cur_i=1; // cur_i表示当前结点的序号
if(cur == list)
{
printf("[%s %d]error din't have No.%d
", __FUNCTION__,__LINE__, n);
return -1; // 链表没有 n 那么长
}
while(cur->next!=list && cur_i<n)
{// 当前结点不是最后一个结点,且当前位置不是查找位置n,就往后移动一个
cur = cur->next;
cur_i++;
}
if(cur->next==list && cur_i!=n) // 最后一个结点,且不是查找位置n
{
printf("[%s %d]error din't have No.%d
", __FUNCTION__,__LINE__, n);
return -1; // 链表没有 n 那么长
}
*data = cur->data;
printf("[%s %d]find No.%d = %d
", __FUNCTION__,__LINE__, n,*data);
return 0;
}
📌3.6 循环双向链表的销毁
双向链表销毁的算法思路:
1、定义一个结点指针cur指向第一个结点,用来遍历链表;
2、定义一个结点指针next,保存下个结点地址;
3、当前指针不是指向最后一个结点的指针域就后移,进入循环:
3.1、先保存下个结点地址,因为下个结点本来保存在cur->next,直接free(cur)会丢掉下个结点;
3.2、删除当前结点,释放内存
3.3、将当前指针指向前面保存好的下个结点。
4、结束循环后,已经删除完所有节点,此时需要将头结点的两个指针域都指向头结点,表示空链表。
C语言实现代码如下:
void ListDestroy(CyclicDoubleLinkList list)
{
CyclicDoubleListNode* cur = list->next; // 指向第一个节点
CyclicDoubleListNode* next = NULL; // 用于保存下个结点地址
while(cur->next != list) // 当前不是最后一个,就往后移动
{
next = cur->next; // 保存下个结点地址
//printf("[%s %d]delete %d
", __FUNCTION__,__LINE__, cur->data);
free(cur); // 删除当前结点、并释放内存
cur = next; // 将当前结点指针指向下个结点
}
list->prior = list;// 指向头结点
list->next = list; // 指向头结点
}
四、循环双向链表完整代码
代码只是为了更好地了解循环双向链表,实现过程可能存在不足,有发现的,欢迎指正,谢谢!!!
代码已在Ubuntu编译通过,可执行。
// CyclicDoubleLinkList.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef int ElemType;
typedef struct _CyclicDoubleListNode
{
ElemType data;
struct _CyclicDoubleListNode *prior; // 前驱指针
struct _CyclicDoubleListNode *next; // 后驱指针
}CyclicDoubleListNode;
typedef CyclicDoubleListNode* CyclicDoubleLinkList;
CyclicDoubleLinkList ListInit()
{
CyclicDoubleLinkList list = (CyclicDoubleLinkList)malloc(sizeof(CyclicDoubleListNode));
list->prior = list;
list->next = list;
list->data = -1;
return list;
}
int ListInsert(CyclicDoubleLinkList list, int data, int n)// 将node插入到第n位,n从1开始
{
if(list==NULL || n<1) // 判断参数有效性
return -1;
CyclicDoubleListNode* cur = list; // cur指向当前结点,初始化指向头结点
int cur_i=0; // cur_i表示当前结点的序号,0-头结点
while(cur->next!=list && cur_i<(n-1))
{// 不是最后一个结点,且不是插入位置的前一个结点,就后移一个
cur = cur->next;
cur_i++;
}
if(cur->next==list) // 移动到最后一个结点了
{
if(cur_i!=(n-1)) // 仍然不是插入位置前一个结点,出错
{
printf("[%s %d]error din't have No.%d
", __FUNCTION__,__LINE__, n);
return -1; // 链表没有 n 那么长
}
}
CyclicDoubleListNode* new = (CyclicDoubleListNode*)malloc(sizeof(CyclicDoubleListNode));
new->data = data;
new->prior = cur;
new->next = cur->next;
cur->next->prior = new;
cur->next = new;
return 0;
}
// 删除第n个结点,且将删除的值通过data传出
int ListDelete(CyclicDoubleLinkList list, int *data, int n)
{
if(list==NULL || data==NULL || n<1)
return -1;
CyclicDoubleListNode* cur = list; // cur指向当前结点,初始化指向头结点
int cur_i=0; // cur_i表示当前结点的序号,0-头结点
while(cur->next!=list && cur_i<(n-1))
{// 不是最后一个结点,且当前位置不是删除位置的前一个,就后移一个
cur = cur->next;
cur_i++;
}
if(cur->next==list) // 移动到最后一个结点了
{
printf("[%s %d]error din't have No.%d
", __FUNCTION__,__LINE__, n);
return -1; // 链表没有 n 那么长
}
CyclicDoubleListNode *delete = cur->next;
delete->prior->next = delete->next;
delete->next->prior = delete->prior;
*data = delete->data;
free(delete);
return 0;
}
int ListFind(CyclicDoubleLinkList list, int *data, int n)
{
if(list==NULL || data==NULL || n<1)
return -1;
CyclicDoubleListNode* cur = list->next;// 指向第一个节点
int cur_i=1; // cur_i表示当前结点的序号
if(cur == list)
{
printf("[%s %d]error din't have No.%d
", __FUNCTION__,__LINE__, n);
return -1; // 链表没有 n 那么长
}
while(cur->next!=list && cur_i<n)
{// 当前结点不是最后一个结点,且当前位置不是查找位置n,就往后移动一个
cur = cur->next;
cur_i++;
}
if(cur->next==list && cur_i!=n) // 最后一个结点,且不是查找位置n
{
printf("[%s %d]error din't have No.%d
", __FUNCTION__,__LINE__, n);
return -1; // 链表没有 n 那么长
}
*data = cur->data;
printf("[%s %d]find No.%d = %d
", __FUNCTION__,__LINE__, n,*data);
return 0;
}
void ListDestroy(CyclicDoubleLinkList list)
{
CyclicDoubleListNode* cur = list->next; // 指向第一个节点
CyclicDoubleListNode* next = NULL; // 用于保存下个结点地址
while(cur->next != list) // 当前不是最后一个,就往后移动
{
next = cur->next; // 保存下个结点地址
//printf("[%s %d]delete %d
", __FUNCTION__,__LINE__, cur->data);
free(cur); // 删除当前结点、并释放内存
cur = next; // 将当前结点指针指向下个结点
}
list->prior = list;// 指向头结点
list->next = list; // 指向头结点
}
void ListPrintf(CyclicDoubleLinkList list)
{
CyclicDoubleListNode* cur = list->next;// 指向第一个节点
printf("list:[");
while(cur != list)
{
printf("%d,",cur->data);
cur = cur->next;
}
printf("]
");
}
int main()
{
CyclicDoubleLinkList list=ListInit();
int data=0;
printf("Linklist is empty !!!
");
ListInsert(list, 2, 2); // 空链表时,验证插入
ListDelete(list, &data, 1); // 空链表时,验证删除
ListFind(list, &data, 1); // 空链表时,验证查询
ListDestroy(list); // 空链表时,验证销毁
printf("
insert 3 data
");
// 正常插入3个数据
ListInsert(list, 1, 1);
ListInsert(list, 2, 2);
ListInsert(list, 3, 3);
ListPrintf(list);
printf("
验证错误值
");
ListInsert(list, 5, 5); // 验证插入
ListDelete(list, &data, 4); // 验证删除
ListFind(list, &data, 4); // 验证查询
printf("
正常操作
");
// 正常操作
ListFind(list, &data, 2);
printf("delete 2,now
");
ListDelete(list, &data, 2);
ListPrintf(list);
printf("Insert 4 to 2,now
");
ListInsert(list, 4, 2);
ListPrintf(list);
printf("Destroy ,now
");
ListDestroy(list);
ListPrintf(list);
return 0;
}
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