【数据结构】链表最强结构-带头双向循环链表（超详解）

用户9645905

发布于 2022-11-30 11:42:54

2600

发布于 2022-11-30 11:42:54

文章被收录于专栏：Linux学习~

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而作为面试考题的常驻嘉宾后者则是以结构最优著称，实现起来也是非常的简单（少了单链表头节点，尾节点，前一节点等问题的困扰）

链表类型区别

单向/双向

单向：节点结构中只存在下一节点的地址，所以难以从后一节点找到前一节点双向：节点结构中存在前一节点和后一节点的地址，寻找前一节点和后一节点很便利

图示：

带头/不带头

带头：在本来的头结点之前还有一个哨兵卫节点作为头节点，它的址域指针指向头节点，值域不做使用不带头：没有哨兵卫头节点，在尾删尾插等问题中要考虑头结点的情况（局限）

图示：

循环/非循环

循环：头结点会与尾节点相连非循环：头结点不与尾节点相连

图示：

结构对比：

	无头单向非循环链表	带头双向循环链表
结构	结构简单，一般不会单独用来存数据	结构最复杂，一般用在单独存储数据
实际	更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等	使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表
其他	这种结构在笔试面试中出现很多	结构虽然结构复杂，实现反而比较简单（结构优势）

带头+双向+循环链表增删查改实现

接口展示

// 创建链表（链表初始化）
ListNode* ListCreate();
//创建节点
ListNode* BuyListNode(ListNode* pHead);
// 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);

构建节点类型

这里的节点成员包含三个：值域，前址域，后址域
注：为了便于以后维护，我们将值域数据类型用tyedef修饰（便于更改）

参考代码：

//默认址域数据类型
typedef int LTDataType;
//节点结构
typedef struct ListNode
{
	//值域
	LTDataType data;
	//后址域
	struct ListNode* next;
	//前址域
	struct ListNode* prev;
}ListNode;

创建链表及初始化

注意：

要想得到并带出动态开辟的链表空间地址有两个方案：

设计传入参数为链表指针的地址，只有传入指针的地址，才能修改指针的内容，即改成动态开辟的链表地址将之带出函数
设计返回类型为节点指针，返回动态开辟的链表节点指针，使之在函数外就能够接受到改地址

注：这里展示第二个方案

参考代码：

// 创建链表（初始化）
ListNode* ListCreate()
{
	//开辟哨兵卫头结点
	ListNode* plist = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (plist == NULL)//失败打印错误信息并结束进程
	{
		perror("ListCreat fail:");
		exit(-1);
	}
	//初始化哨兵卫头结点址域
	plist->next = plist;
	plist->prev = plist;
	return plist;
}

节点开辟

注：在后许多位置都需要开辟节点，这里我们将之封装成一个函数，便于调用

参考代码：

//创建节点
ListNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	//创建节点
	ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (newnode == NULL)//失败打印错误信息并结束进程
	{
		perror("creatnode fail:");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	//初始化结点
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	return newnode;
}

链表摧毁

注：动态开辟的链表空间，在不使用后需要将之释放，避免造成内存泄漏

注意：

循环遍历释放节点
释放前保存下一节点地址，避免地址丢失

参考代码:

// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* pHead)
{
	//断言传入指针不为NULL
	assert(pHead);
	//创建寻址指针
	ListNode* cur = pHead;
	//断开循环链表
	pHead->prev->next = NULL;
	while (cur!=NULL)
	{
		//记录下一个节点地址
		ListNode* next = cur->next;
		//释放当前节点
		free(cur);
		//找到下一个节点
		cur = next;
	}
	return;
}

链表打印

注意：

循环遍历链表打印数据
以哨兵卫头节点地址作为遍历结束标记

参考代码：

// 双向链表打印
void ListPrint(ListNode* pHead)
{
	//断言传入指针不为NULL
	assert(pHead);
	//创建寻址指针
	ListNode* cur = pHead->next;
	//循环遍历链表
	while (cur != pHead)
	{
		//打印数据
		printf("%d->", cur->data);
		//找到下一个节点
		cur = cur->next;
	}printf("NULL\n");
	return;
}

链表尾插

注意：

尾插需要保存尾节点前一节点的地址
注意构建节点关系的逻辑

参考代码：

// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	//断言传入指针不为NULL
	assert(pHead);
	//创建节点
	ListNode* newnode = BuyListNode(x);
	//找到尾节点
	ListNode* tail=pHead->prev;
	//构建尾节点与新节点，新节点与哨兵卫头结点的关系
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;

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

链表尾删

注意:

考虑节点只剩哨兵卫的情况
尾删前记录前一节点的地址
注意构建节点关系的逻辑

参考代码：

// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* pHead)
{
	//断言传入指针不为NULL
	assert(pHead);
	//只剩哨兵卫头结点的情况
	if (pHead->prev == pHead)
		return;
	//记录尾节点及其前一节点
	ListNode* tail = pHead->prev;
	ListNode* tailprev = tail->prev;
	//释放尾节点
	free(tail);
	//构建尾节点前一节点与哨兵卫头结点的关系
	tailprev->next = pHead;
	pHead->prev = tailprev;
	return;
}

链表头插

注意:

头插前记录哨兵卫头节点的下一节点
注意构建节点关系的逻辑

参考代码：

// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	//断言传入指针不为NULL
	assert(pHead);
	//创建节点
	ListNode* newnode = BuyListNode(x);
	//记录哨兵卫头结点的下一节点
	ListNode* next = pHead->next;
	//构建各节点之间的关系
	pHead->next = newnode;
	newnode->prev = pHead;

	newnode->next = next;
	next->prev = newnode;
	return;
}

链表头删

注意：

考虑只剩哨兵卫头结点的情况
头删前保存节点地址
注意节点关系的构建

参考代码：

// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* pHead)
{
	//断言传入指针不为NULL
	assert(pHead);
	//只剩哨兵卫头结点的情况
	if (pHead->next == pHead)
		return;
	//记录哨兵卫头结点下一节点及其的下一节点
	ListNode* next = pHead->next;
	ListNode* nextNext = next->next;
	//释放节点以及构建关系
	free(next);
	pHead->next = nextNext;
	nextNext->prev = pHead;
	return;
}

链表查找

注意：

循环遍历链表，以哨兵卫头节点地址作为结束遍历
没找到则返回NULL，找到就返回其地址

参考代码：

// 双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	//断言传入指针不为NULL
	assert(pHead);
	//创建寻址指针
	ListNode* cur = pHead->next;
	while (cur != pHead)
	{
		//比较数据
		if (cur->data == x)
			return cur;
		//找到下一个节点
		cur = cur->next;
	}
	//没找到则返回NULL
	return NULL;
}

链表pos位置前插

注意：

前插前保存前一节点地址
注意构建节点关系的逻辑

参考代码：

// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
	//断言传入指针不为NULL
	assert(pos);
	//创建新节点
	ListNode* newnode = BuyListNode(x);
	//记录pos节点的前一节点
	ListNode* prev = pos->prev;
	//构建节点之间的关系
	prev->next = newnode;
	newnode->prev = prev;

	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
	return;
}

链表pos删除

注意：

删除前保存前节点和后节点地址
注意节点关系的构建

参考代码：

// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos)
{
	//断言传入指针不为NULL
	assert(pos);
	//记录pos的前一节点和后一节点
	ListNode* prev = pos->prev;
	ListNode* next = pos->next;
	//释放节点并构建关系
	free(pos);
	prev->next = next;
	next->prev = prev;
	return;
}

总结

因为前址域和后址域的存在，我们更好的找到当前节点的前后节点地址
因为带头的存在，我们能不用在意特殊的情况的困扰
因为循环的存在，我们能够直接找到尾节点

可见带头双向循环链表结构是非常强大的~

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原始发表：2021-10-28，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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