C++零基础精通数据结构之带头双向循环链表

目录

• 与单链表的区别
• 代码的实现
• 接口
• 节点的构造
• 初始化链表
• 开辟节点
• 销毁链表
• 打印链表
• 尾插链表
• 尾删链表
• 头插链表
• 头删链表
• 查找链表
• 链表pos位置的删除
• 总结

与单链表的区别

单向/双向

单向：只有一个ｎｅｘｔ指针，只指向下一位元素

双向：有两个指针，指向上一位和下一位元素，寻找前一节点和后一节点很便利

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）

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

代码的实现

接口

// 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);

节点的构造

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	LTDataType data;
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
}ListNode;

初始化链表

// 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);
	}
	plist->next = plist;
	plist->prev = plist;
	return plist;
}

开辟节点

//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;
}

销毁链表

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

// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* pHead)
{
	//断言传入指针不为NULL
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead;
	pHead->prev->next = NULL;
	while (cur!=NULL)
	{
		ListNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	return;
}

打印链表

// 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;
}

尾插链表

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

尾删链表

尾删前记录前一节点的地址

// 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;
}

头插链表

头插前记录哨兵卫头节点的下一节点

// 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;
}

头删链表

// 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
	free(next);
	pHead->next = nextNext;
	nextNext->prev = pHead;
	return;
}

查找链表

// 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位置的删除

void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);
	ListNode* prev = pos->prev;
	ListNode* next = pos->next;
	free(pos);
	prev->next = next;
	next->prev = prev;
	return;
}

总结

我们在实带头双向循环链表：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，实现反而简单现的时候可以看出其实带头双向循环链表实现起来并不难，而且在双向循环特点的加持下，在一些方面显得格外方便。

但是因为带头双向循环链表结构的复杂性，我们通常还是会使用逻辑结构相对简单的单链表，并且在oj题上考的最多的也是单链表。

但我们仍要熟练掌握带头双向循环链表的结构和实现方式，因为这是一种特别且方便的结构，且用处十分强大。