C语言 超详细介绍与实现线性表中的带头双向循环链表

目录

• 一、本章重点
• 二、带头双向循环链表介绍
• 2.1什么是带头双向循环链表？
• 2.2最常用的两种链表结构
• 三、带头双向循环链表常用接口实现 
• 3.1结构体创建
• 3.2带头双向循环链表的初始化 
• 3.3创建新节点
• 3.4尾插
• 3.5打印链表
• 3.6头插
• 3.7尾删
• 3.8头删
• 3.9查找data（返回data的节点地址）
• 3.10在pos位置之前插入节点
• 3.11删除pos位置的节点
• 四、实现接口总结
• 五、在线oj训练与详解

一、本章重点

• 带头双向循环链表介绍
• 带头双向循环链表常用接口实现
• 实现接口总结
• 在线oj训练与详解

二、带头双向循环链表介绍

2.1什么是带头双向循环链表？

• 带头：存在一个哨兵位的头节点，该节点是个无效节点，不存储任何有效信息，但使用它可以方便我们头尾插和头尾删时不用判断头节点指向NULL的情况，同时也不需要改变头指针的指向，也就不需要传二级指针了。 
• 双向：每个结构体有两个指针，分别指向前一个结构体和后一个结构体。
• 循环：最后一个结构体的指针不再指向NULL，而是指向第一个结构体。（单向）
• 第一个结构体的前指针指向最后一个结构体，最后一个结构体的后指针指向第一个结构体（双向）。

图解 

2.2最常用的两种链表结构

• 更具有无头，单双向，是否循环组合起来有8种结构，但最长用的还是无头单向非循环链表和带头双向循环链表
• 无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中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。另外这种结构在笔试面试中出现很多。 
• 带头双向循环链表：结构最复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。另外这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势，实现反而简单了，后面我们代码实现了就知道了。

三、带头双向循环链表常用接口实现 

3.1结构体创建

typedef int DataType;
typedef struct DListNode
{
	DataType data;
	DListNode* prev;
	DListNode* next;
}DListNode;

3.2带头双向循环链表的初始化 

void DListInint(DListNode** pphead)
{
	*pphead = (DListNode*)malloc(sizeof(DListNode));
	(*pphead)->next = (*pphead);
	(*pphead)->prev = (*pphead);
}

 或者使用返回节点的方法也能实现初始化

DListNode* DListInit()
	{
		DListNode* phead = (DListNode*)malloc(sizeof(DListNode));
		phead->next = phead;
		phead->prev = phead;
		return phead;
	}

3.3创建新节点

DListNode* BuyDListNode(DataType x)
{
	DListNode* temp = (DListNode*)malloc(sizeof(DListNode));
	if (temp == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	temp->prev = NULL;
	temp->next = NULL;
	temp->data = x;
	return temp;
}

3.4尾插

void DListPushBack(DListNode* phead,DataType x)
{
	DListNode* newnode = BuyDListNode(x);
	DListNode* tail = phead->prev;
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

3.5打印链表

void DListNodePrint(DListNode* phead)
{
	DListNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("NULL\n");
}

3.6头插

void DListNodePushFront(DListNode* phead, DataType x)
{
	DListNode* next = phead->next;
	DListNode* newnode = BuyDListNode(x);
	next->prev = newnode;
	newnode->next = next;
	newnode->prev = phead;
	phead->next = newnode;
}

3.7尾删

void DListNodePopBack(DListNode* phead)
{
	if (phead->next == phead)
	{
		return;
	}
	DListNode* tail = phead->prev;
	DListNode* prev = tail->prev;
	prev->next = phead;
	phead->prev = prev;
	free(tail);
	tail = NULL;
}

3.8头删

void DListNodePopFront(DListNode* phead)
{
	if (phead->next == phead)
	{
		return;
	}
	DListNode* firstnode = phead->next;
	DListNode* secondnode = firstnode->next;
	secondnode->prev = phead;
	phead->next = secondnode;
	free(firstnode);
	firstnode = NULL;
}

3.9查找data（返回data的节点地址）

DListNode* DListNodeFind(DListNode* phead, DataType x)
{
	DListNode* firstnode = phead->next;
	while (firstnode != phead)
	{
		if (firstnode->data == x)
		{
			return firstnode;
		}
		firstnode = firstnode->next;
	}
	return NULL;
}

3.10在pos位置之前插入节点

void DListNodeInsert(DListNode* pos, DataType x)
{
	DListNode* prev = pos->prev;
	DListNode* newnode = BuyDListNode(x);
	newnode->next = pos;
	newnode->prev = prev;
	prev->next = newnode;
	pos->prev = newnode;
}

3.11删除pos位置的节点

void DListNodeErase(DListNode* pos)
{
	DListNode* prev = pos->prev;
	DListNode* next = pos->next;
	prev->next = next;
	next->prev = prev;
	free(pos);
	pos = NULL;
}

四、实现接口总结

• 多画图：能给清晰展示变化的过程，有利于实现编程。
• 小知识：head->next既可表示前一个结构体的成员变量，有可表示后一个结构体的地址。当head->next作为左值时代表的是成员变量，作右值时代表的是后一个结构体的地址。对于链表来说理解这一点非常重要。
• 实践：实践出真知
• 带头双向循环链表：相比于单链表，它实现起来更简单，不用向单链表一样分情况讨论链表的长度。虽然结构较复杂，但使用起来更简单，更方便。  

五、在线oj训练与详解

链表的中间节点（力扣）

给定一个头结点为 head 的非空单链表，返回链表的中间结点。

如果有两个中间结点，则返回第二个中间结点。

输入：[1,2,3,4,5]

输出：此列表中的结点 3 (序列化形式：[3,4,5])

返回的结点值为 3 。 (测评系统对该结点序列化表述是 [3,4,5])。

注意，我们返回了一个 ListNode 类型的对象 ans，

这样：

ans.val = 3, ans.next.val = 4, ans.next.next.val = 5, 以及 ans.next.next.next = NULL.

来源：力扣（LeetCode）

 思路：快慢指针

取两个指针，初始时均指向head，一个为快指针（fast）一次走两步，另一个为慢指针（slow）一次走一步，当快指针满足fast==NULL（偶数个节点）或者fast->next==NULL（奇数个节点）时，slow指向中间节点，返回slow即可。

struct ListNode* middleNode(struct ListNode* head)
{
    struct ListNode* fast=head;
    struct ListNode* slow=head;
    while(fast&&fast->next)
    {
        fast=fast->next->next;
        slow=slow->next;
    }
    return slow;
}