详解C语言如何实现双向带头循环链表

目录

• 一、双向循环链表与顺序表的区别
• 二、List.h
• 三、List.c
• 1、带头双向循环链表的初始化
• 2、带头双向循环链表的销毁
• 3、带头双向循环链表的打印
• 4、动态开辟一个节点
• 5、带头双向循环链表的判空
• 6、带头双向循环链表的尾插、尾删
• 7、带头双向循环链表的头插、头删
• 8、带头双向循环链表的长度
• 9、带头双向循环链表的查找、任意位置插入、删除

一、双向循环链表与顺序表的区别

不同点	顺序表	双向带头循环链表
在内存中的存储方式	连续存储	不一定连续
随机访问	支持随机访问	不支持随访问
任意元素插入或删除	尾插O(1)，其他O(N)，可能需要挪动元素	通过修改指针指向即可
应用场景	元素高效存储、频繁访问	任意位置插入删除频繁
三级缓存命中率	高	低

寄存器的速度远快于主存，所以需要三级缓存先将数据取出，寄存器读取时将相邻地址的数据进行读取，所以顺序表内存地址连续的特点使其三级缓存命中率高。

双向带头循环链表虽然在链表中结构最复杂，但是解决了单链表找前一个节点需要遍历、要判断头结点是否为空的缺点。

二、List.h

#pragma once
#include 
#include 
#include 
#include 
typedef int ListDateType;
typedef struct ListNode
{
    struct ListNode* next;
    struct ListNode* prev;
    ListDateType date;
}ListNode;
ListNode* ListInit();//初始化
void ListDestroy(ListNode* phead);//销毁
void PrintList(ListNode* phead);//打印
bool ListEmpty(ListNode* phead);//判断链表是否为空（只有头节点）
 
void ListPushBack(ListNode* phead, ListDateType x);//尾插
void ListPopback(ListNode* phead);//尾删
void ListPushFront(ListNode* phead, ListDateType x);//头插
void ListPopFront(ListNode* phead);//头删
size_t ListSize(ListNode* phead);//有效节点个数
ListNode* ListFind(ListNode* phead, ListDateType x);//查找（可用于修改）
void ListInsert(ListNode* pos, ListDateType x);//pos位置插入
void ListErase(ListNode* pos);//删除pos位置

结构体内包含指向下一个节点的指针next、指向上一个节点的指针prev和本节点存储的数据date

三、List.c

1、带头双向循环链表的初始化

ListNode* ListInit()//初始化，返回带哨兵位的头结点
{
    ListNode* guard = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    if (guard == NULL)
    {
        perror("ListInit fail:\n");
        exit(-1);
    }
    guard->next = guard;
    guard->prev = guard;
    return guard;
}

malloc一个哨兵位的头结点，并将其next和prev指针置空。

2、带头双向循环链表的销毁

void ListDestroy(ListNode* phead)//销毁，传一级指针调用方需要在外部将头结点指针置空
{
    assert(phead);
    ListNode* cur = phead->next;
    while (cur != phead)//释放非头结点
    {
        ListNode* next = cur->next;
        free(cur);
        cur = next;
    }
    free(phead);//再释放头结点
}

为了保持接口的一致性，形参用一级指针，所以需要调用者在外部对头指针置空。

先释放非头结点，再释放头结点。

3、带头双向循环链表的打印

void PrintList(ListNode* phead)//打印
{
    assert(phead);
    ListNode* cur = phead->next;
    while (cur != phead)
    {
        printf("%d<=>", cur->date);
        cur = cur->next;
    }
    printf("\n");
}

从头结点的next开始，遍历打印

4、动态开辟一个节点

ListNode* BuyNode(ListDateType x)//动态开辟一个节点
{
    ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    if (newnode == NULL)
    {
        perror("BuyNode:\n");
        exit(-1);
    }
    newnode->date = x;
    newnode->prev = NULL;
    newnode->next = NULL;
    return newnode;
}

将值放入这个节点，并将两个指针置空

5、带头双向循环链表的判空

bool ListEmpty(ListNode* phead)//判断链表是否只有头节点
{
    assert(phead);
    return phead->next == phead;
}

只有哨兵位这一个头结点即为空

6、带头双向循环链表的尾插、尾删

void ListPushBack(ListNode* phead, ListDateType x)//尾插
{
    assert(phead);
    ListNode* tail = phead->prev;
    ListNode* newnode = BuyNode(x);
    newnode->next = phead;
    newnode->prev = tail;
    tail->next = newnode;
    phead->prev = newnode;
}
void ListPopback(ListNode* phead)//尾删
{
    assert(phead);
    assert(!ListEmpty(phead));
    ListNode* tail = phead->prev;
    ListNode* prev = tail->prev;
    free(tail);
    prev->next = phead;
    phead->prev = prev;
}

注意尾删前需要判空

7、带头双向循环链表的头插、头删

void ListPushFront(ListNode* phead, ListDateType x)//头插
{
    assert(phead);
    ListNode* cur = phead->next;
    ListNode* newnode = BuyNode(x);
    newnode->next = cur;
    newnode->prev = phead;
    cur->prev = newnode;
    phead->next = newnode;
}
void ListPopFront(ListNode* phead)//头删
{
    assert(phead);
    assert(!ListEmpty(phead));
    ListNode* cur = phead->next;
    ListNode* next = cur->next;
    free(cur);
    phead->next = next;
    next->prev = phead;
}

注意头删前需要判空

8、带头双向循环链表的长度

size_t ListSize(ListNode* phead)//有效节点个数
{
    assert(phead);
    ListNode* cur = phead->next;
    size_t count = 0;
    while (cur != phead)
    {
        cur = cur->next;
        ++count;
    }
    return count;
}

循环计数即可，哨兵位不算

9、带头双向循环链表的查找、任意位置插入、删除

ListNode* ListFind(ListNode* phead, ListDateType x)//查找（可用于修改）
{
    assert(phead);
    ListNode* cur = phead->next;
    while (cur!=phead)
    {
        if (cur->date == x)
            return cur;
        cur = cur->next;
    }
    return NULL;
}
void ListInsert(ListNode* pos, ListDateType x)//pos位置之前插入
{
    assert(pos);
    ListNode* newnode = BuyNode(x);
    ListNode* prev = pos->prev;
    prev->next = newnode;
    newnode->prev = prev;
    newnode->next = pos;
    pos->prev = newnode;
}
void ListErase(ListNode* pos)//删除pos位置
{
    assert(pos);
    ListNode* prev = pos->prev;
    ListNode* next = pos->next;
    free(pos);
    prev->next = next;
    next->prev = prev;
}

查找：遍历链表，返回第一个date==x的节点指针，查找通常配合下面两个接口使用

任意位置插入、删除：使用pos位置进行插入删除操作。

头插、头删、尾插、尾删接口可以复用上面三个接口

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