《数据结构》（四）线性表之双向带头循环链表的实现及详解
今天的重点是双向循环链表，以及附带着链表所有的组合类型
字数很多，很详细，大家收藏起来，慢慢品尝
双链表
- 单链表的缺点
- 链表的八种组合类型
-
- 单向带头循环链表
- 单向带头非循环链表
- 单向不带头循环链表
- 单向不带头非循环链表
- 双向带头循环链表
- 双向带头非循环链表
- 双向不带头循环链表
- 双向不带头非循环链表
- 带头结点的优点
- 双向带头循环链表
-
- 双链表结构的定义
- 结点的创建
- 双链表的初始化（头结点的创建）
- 双链表的销毁
- 双链表的基本接口实现（增删查改）
-
- 1.双链表的打印
- 2.双链表的尾插
- 3.双链表的头插
- 4.双链表的尾删
- 5.双链表的头删
- 6.双链表的查找
- 7.pos位置之前插入
- 8.删除pos位置的值
- 9.更改pos位置的值
- 代码参考
- List.h
- List.c
- Test.c
单链表的缺点
由上一节我们理解了单链表（单向不带头非循环链表），发现它虽然相比顺序表是有一定的优势的，但是它的缺陷也是不可忽视的。
- 1.假如找一个数据只能从前向后依次遍历，而且链表中一旦一个结点的地址丢失了，这个结点往后所有的结点都找不到了；
- 2.PopBack（尾删），Insert（任插），Erase（任删）的时间复杂度都是O(N)，都是需要从头开始找前一个结点；
- 3.几乎每个接口都需要判断链表是否为空，比较麻烦。
针对这些缺陷的解决方案是什么呢?————>>双链表（双向带头循环链表），也就是这节的重点。
链表的八种组合类型
链表分别有六个特点，如：
- 单向，双向
- 带头，不带头
- 循环，非循环
由这六个特点可以组合成八种链表结构，下面给大家简单介绍一下这八种链表结构:
单向带头循环链表
头结点（哨兵位）是不能存储有效数据的
单向带头非循环链表
单向不带头循环链表
单向不带头非循环链表
双向带头循环链表
双向带头非循环链表
双向不带头循环链表
双向不带头非循环链表
带头结点的优点
不管链表如何，都有一个头结点在那里，但是这个头结点不存储有效数据，
尾插的话直接链接在头结点后面就行，这样我们几乎用不到二级指针了，因为我们并不会改变外面的指针，而是在这个结点后面去链接，哪怕链表为空，所以带头结点的链表尾插判断会更简单
1.头删也是如此，如果是不带头单链表，插入一个数据的话，需要让plist向后移动一位，删除前一个，如：
2.如果是带头链表的话，删除第一个结点，然后将头结点链接到第二个结点上即可，如：
所以大家清晰的可以了解：
- 带头结点不需要改变传过来的指针，也就意味着不需要传二级指针，
- 头结点是不存储有效数据的，更不能存储链表的长度。
对于链表部分来说，两个极端是最重要的——单向不带头非循环链表和双向带头循环链表， 但是单向不带头非循环链表结构简单，一般用的地方不多，而双向带头循环链表结构复杂，用途广泛，而且它结构的优势在接下来的实现中大家可以清晰可见。
双向带头循环链表
双链表结构的定义
双链表中的每一个结点有两个指针域和一个数据域。两个指针域分别是prev（前驱）和next（后驱），分别指向前一个结点和指向后一个结点，数据域就是data用来存放数据的。
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
struct ListNode* prev;//前驱指针
LTDataType data;
struct ListNode* next;//后继指针
}ListNode;
结点的创建
开辟新结点，能用到这个函数的接口肯定就是插入函数，x就是待插入数据，前驱和后驱指针先置为空，方便链接。
ListNode*BuyListNode(LTDataType x)
{
ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
newnode->prev = NULL;
return newnode;
}
双链表的初始化（头结点的创建）
既然是带头结点的链表，肯定要有一个头结点，而且这个头结点的两个指针域要指向自己， 如：
ListNode* ListInit()
{
ListNode* phead = BuyListNode(0);
phead->next = phead;
phead->prev = phead;
return phead;
}
这里我们用的是返回值是一个指针，这样就不用传址调用，只是要phead去构建新节点返回给plist，并不需要对plist进行改动。
双链表的销毁
定义两个指针cur和next，从头开始，next记录cur的下一个结点，然后循环依次释放
加上一个断言，让代码风格更好，同时出现问题更好的纠正。
void ListDestory(ListNode* phead)
{
assert(phead);
ListNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
ListNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
free(phead);
phead = NULL;
}
双链表的基本接口实现（增删查改）
1.双链表的打印
打印是不需要打印phead的，当然它也没有数据，就让cur指向第一个数据的结点，当cur=phead的时候结束
void ListPrint(ListNode* phead)
{
assert(phead);
ListNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
printf("%d ", cur->data);
cur = cur->next;
}
printf("\n");
}
2.双链表的尾插
在单链表中尾插找最后一个结点的时候需要从头遍历，但是对于双链表来说，phead的前驱指向的就是链表最后一个结点，即为tail，然后将newnode链接到tail的后面，再将newnode链接到头结点（phead）上，使其在此形成循环即可。
void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
ListNode* tail = phead->prev;
ListNode* newnode = BuyListNode(x);
tail->next = newnode;
newnode->prev = tail;
newnode->next = phead;
phead->prev = newnode;
}
相比上一节，不需要考虑链表是否为空的情况，结构虽然复杂了，但是操作简单了。
3.双链表的头插
头插也就是在第一个有效数据前，phead头结点后面插入，那么既然是链表就很容易找到phead后面的结点，暂且叫做first，然后就还是链接，将newnode和头结点接上，然后再和first接上。
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
ListNode* first = phead->next;
ListNode* newnode = BuyListNode(x);
phead->next = newnode;
newnode->prev = phead;
newnode->next = first;
first->prev = newnode;
}
那么头插难道也不需要判断是否为空了吗？————对
由于first=phead->next，所以first还是phead。
4.双链表的尾删
尾删和头删也是很相似的，需要两个指针，一个指针指向链表最后一个结点（tail），另外一个指向倒数第二个结点（prev），然后将prev和头结点链接，释放tail。
void ListPopBack(ListNode* phead)
{
assert(phead);
assert(phead->next != phead);
ListNode* tail = phead->prev;
ListNode* prev = tail->prev;
prev->next = phead;
phead->prev = prev;
free(tail);
tail = NULL;
}
5.双链表的头删
定义两个指针，first指向第一个结点，second指向第二个结点，先将头结点phead和第二个数据second链接，然后释放first。
void ListPopFront(ListNode* phead)
{
assert(phead);
assert(phead->next != phead);
ListNode* first = phead->next;
ListNode* second = first->next;
phead->next = second;
second->prev = phead;
free(first);
first = NULL;
ListErase(phead->next);
}
有一个问题就是如果链表只有一个头结点，也就是为空的话，最后会把自己free，所以加上一个断言处理一下。
6.双链表的查找
和打印很相似，用cur去遍历链表，当cur=phead的时候结束，并返回pos位置的指针。
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
ListNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
if (cur->data == x)
{
return cur;
}
cur = cur->next;
}
return NULL;
}
7.pos位置之前插入
先通过Find查找函数找到pos，并返回的指针，然后找到pos的前一个结点（prev），下一步开始链接。
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
ListNode* prev = pos->prev;
ListNode* newnode = BuyListNode(x);
prev->next = newnode;
newnode->prev = prev;
newnode->next = pos;
pos->prev = newnode;
}
大家也可以只用一个指针pos进行链接，但是对于链接顺序有严格的要求，大家可以试一试。
8.删除pos位置的值
用Find返回pos的指针，然后对pos的前后进行标记，分别是prev和next，链接prev和next（prev->next=next ; next->prev=prev ; ）释放掉pos即可。
void ListErase(ListNode* pos)
{
assert(pos);
ListNode* prev = pos->prev;
ListNode* next = pos->next;
prev->next = next;
next->prev = prev;
free(pos);
}
9.更改pos位置的值
Find查找函数返回的就是pos位置的地址，直接对数据域赋值就可以了。
void ListModity(ListNode* pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
pos->data = x;
}
到这里，我相信大家对链表的所有结构已经基本掌握了，有错误大家可以指出哦，有疑问也可以问我，大家共同进步，后续会持续更新《数据结构》的相关内容，大家喜欢的话可以关注一下，
下面是项目代码，大家参考一下。
代码参考
最终会发现，所有的插入都可以用Insert函数，所有的删除都可以用Erase函数，下面是代码大家看一下。
List.h
#pragma once
#includeList.c
#include "List.h"
ListNode*BuyListNode(LTDataType x)
{
ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
newnode->prev = NULL;
return newnode;
}
ListNode* ListInit()
{
ListNode* phead = BuyListNode(0);
phead->next = phead;
phead->prev = phead;
return phead;
}
void ListDestory(ListNode* phead)
{
assert(phead);
ListNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
ListNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
free(phead);
phead = NULL;
}
void ListPrint(ListNode* phead)
{
assert(phead);
ListNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
printf("%d ", cur->data);
cur = cur->next;
}
printf("\n");
}
void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
//ListNode* tail = phead->prev;
//ListNode* newnode = BuyListNode(x);
//tail->next = newnode;
//newnode->prev = tail;
//newnode->next = phead;
//phead->prev = newnode;
ListInsert(phead->prev, x);
}
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
//ListNode* first = phead->next;
//ListNode* newnode = BuyListNode(x);
//phead->next = newnode;
//newnode->prev = phead;
//newnode->next = first;
//first->prev = newnode;
ListInsert(phead->next, x);
}
//头插的第二种方法
//void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)
//{
// assert(phead);
//
// ListNode* newnode = BuyListNode(x);
// newnode->next = phead->next;
// phead->next->prev = newnode;
//
// phead->next = newnode;
// newnode->prev = phead;
//}
void ListPopBack(ListNode* phead)
{
assert(phead);
//assert(phead->next != phead);
//ListNode* tail = phead->prev;
//ListNode* prev = tail->prev;
//prev->next = phead;
//phead->prev = prev;
//free(tail);
//tail = NULL;
ListErase(phead->prev);
}
void ListPopFront(ListNode* phead)
{
assert(phead);
//assert(phead->next != phead);
//ListNode* first = phead->next;
//ListNode* second = first->next;
//phead->next = second;
//second->prev = phead;
//free(first);
//first = NULL;
ListErase(phead->next);
}
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x)
{
assert(phead);
ListNode* cur = phead->next;
while (cur != phead)
{
if (cur->data == x)
{
return cur;
}
cur = cur->next;
}
return NULL;
}
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
ListNode* prev = pos->prev;
ListNode* newnode = BuyListNode(x);
prev->next = newnode;
newnode->prev = prev;
newnode->next = pos;
pos->prev = newnode;
}
void ListErase(ListNode* pos)
{
assert(pos);
ListNode* prev = pos->prev;
ListNode* next = pos->next;
prev->next = next;
next->prev = prev;
free(pos);
}
void ListModity(ListNode* pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
pos->data = x;
}
Test.c
#include "List.h"
void TestList1()
{
ListNode* plist = ListInit();
ListPushBack(plist, 1);
ListPushBack(plist, 2);
ListPushBack(plist, 3);
ListPushBack(plist, 4);
ListPrint(plist);
ListPushFront(plist, 0);
ListPushFront(plist, -1);
ListPrint(plist);
ListPopFront(plist);
ListPopFront(plist);
ListPopFront(plist);
//ListPopFront(plist);
//ListPopFront(plist);
//ListPopFront(plist);
ListPrint(plist);
ListPopBack(plist);
ListPrint(plist);
ListDestory(plist);
}
void TestList2()
{
ListNode* plist = ListInit();
ListPushBack(plist, 1);
ListPushBack(plist, 2);
ListPushBack(plist, 3);
ListPushBack(plist, 4);
ListPrint(plist);
ListNode* pos = ListFind(plist, 3);
if (pos)
{
printf("找到了\n");
}
else
{
printf("没有找到\n");
}
ListPrint(plist);
ListInsert(pos, 30);
ListPrint(plist);
ListErase(pos);
ListPrint(plist);
pos = ListFind(plist, 4);
ListModity(pos,8);
ListPrint(plist);
ListDestory(plist);
}
int main()
{
//TestList1();
TestList2();
return 0;
}