【数据结构与算法】- (带尾指针)单循环链表 - 详细实现步骤及代码(C/C++)
目录
一、概述
二、带尾指针循环链表
三、带尾指针单循环链表实现步骤
3.1 C语言定义循环链表结点
3.2 带尾指针单循环链表初始化
3.3 带尾指针单循环链表插入数据
3.4 带尾指针单循环链表删除数据
3.5 带尾指针单循环链表查找数据
3.6 带尾指针单循环链表的销毁
四、 带尾指针单循环链表完整代码
一、概述
前三篇文章分别介绍了 “带头结点单链表实现”、“不带头结点单链表实现”、“带头结点单循环链表实现”。这篇文章主要介绍
带尾指针的单循环链表以及详细的实现步骤，最后提供我自己根据理解实现带尾指针单循环链表的C语言代码。跟着后面实现思路看下去，应该可以看懂代码，看懂代码后，就对带尾指针单循环链表有了比较抽象的理解了，最后自己再动手写一个带尾指针循环链表，就基本理解这个东西了。
二、带尾指针循环链表
首先，需要清楚一些概念。
头指针：指向链表首端结点的指针，存放链表第一个结点的地址，有头结点时一直指向头结点。尾指针：指向链表终端结点的指针，存放链表最后一个结点的地址。头结点：为了使第一个结点的插入和删除与其他结点一致，在第一个结点前增加的一个结点，其数值域为无效值或存放其他信息，其指针域指向第一个结点。循环链表：将单链表终点结点的指针域由 空指针 改为 指向头结点，使整个链表形成一个环，这样头尾相接的单链表称为单循环链表，简称循环链表。
下图是循环链表：
带尾指针的循环链表：不使用头指针，而是用一个链表终端结点的尾指针来表示的循环链表。
带尾指针的循环链表的特点：
- 带尾指针的循环链表可以从任意结点出发，访问到链表的全部结点；
- 带头结点且带尾指针的循环链表，为空链表时，头结点的指针域指向自己，尾指针指向头结点。
此时，尾指针rear存放了头结点的地址，头结点的指针域也存放了头结点的地址，所以会有rear->next->next==rear，不管rear->后面接几个next，都会指向头结点。
- 带头结点且带尾指针的循环链表，为非空链表时，终端结点指针域指向头结点，尾指针指向终端结点；
所以如果不是最后一个结点时，其结点地址就不等于尾指针rear，cur != rear。
三、带尾指针单循环链表实现步骤
从上面知道了带尾指针单循环链表的相关概念和一些特点，接下来开始实现带尾指针循环链表，为了使空链表和非空链表处理一致，我们使用带有头结点的循环链表进行讲解，从初始化循环链表、插入数据、删除数据、查找数据、销毁循环链表5个操作进行说明。
3.1 C语言定义循环链表结点
为了和前面文章的单链表做比较，循环链表结构体也尽量定义相似的。
typedef int ElemType;
typedef struct _ListNode
{
ElemType data;
struct _ListNode *next;// 指向结点的指针
}ListNode;// 定义链表结点：包含数据域，指针域
typedef ListNode* CyclicList;// 定义循环链表头指针或尾指针，是指向结点的指针
3.2 带尾指针单循环链表初始化
因为带有头结点，初始化时就需要分配一个头结点的内存空间，并将尾指针指向头结点；
因为需要修改尾指针的值，所以要传入尾指针的指针CyclicList *。
循环链表初始化算法思路如下：
1、分配一个结点的存储空间作为头结点，并将尾指针指向头结点；
2、让头结点的next指针指向自己，头结点的数据填一个无效值；
3、将尾指针指向头结点。
C语言实现代码如下：
void ListInit(CyclicList *rear)
{// 创建一个头结点，让其指针域指向自己，尾指针指向头结点
CyclicList head = (CyclicList)malloc(sizeof(ListNode));
head->next = head; // 指向头结点
head->data = -1;
*rear = head;
}
3.3 带尾指针单循环链表插入数据
带尾指针单循环链表插入数据和单链表差不多，只是判断条件需要从cur->next != NULL变成cur!=*rear;其他步骤都差不多，首先，找到插入位置n的前一个结点；其次，插入新结点时记住顺序：先连接、后断开。
先连接：是指先新节点连接当前节点的下个节点，new->next = cur->next;
后断开：将当前节点的的指针域指向新节点，与旧节点断开，cur->next = new;
如果这两个顺序反了，先执行cur->next = new;，会导致cur后面的数据全部都丢了，因为cur->next原本是保存着后继元素的地址的，现在直接被覆盖后，就无法继续查找后继元素了。
单链表在第n个位置插入数据的算法思路：
1、定义一个结点指针cur指向头结点，用来遍历链表；
2、定义一个变量cur_i，用来表示当前结点的序号，初始化为0表示当前指向头结点；
3、不是最后一个结点(cur!=*rear)，且不是插入位置的前一个结点，就后移一个；
4、若结束循环后是最后一个结点(cur==*rear)，但不是插入位置前一结点，说明链表长度不够；
如果最后结点是插入位置前一个，说明新增结点在最后，需要改变尾指针的值。
5、否则，说明当前结点cur的下个位置就是插入位置n，分配存储空间给新结点new；
6、把值填进新节点的数据域，用新结点指向当前节点的下个节点；
7、将当前节点指向新节点；
8、如果需要改变尾指针的值，就把尾指针指向新结点。
C语言实现代码如下：
int ListInsert(CyclicList *rear, int data, int n)// 将node插入到第n位,n从1开始
{
if(rear==NULL || n<1) // 判断参数有效性
return -1;
int bChangeRear = 0;
ListNode* cur = (*rear)->next; // cur指向当前结点，初始化指向头结点
int cur_i=0; // cur_i表示当前结点的序号,0-头结点
while(cur!=*rear && cur_i<(n-1))
{//不是最后一个结点，且不是插入位置的前一个结点，就后移一个
cur = cur->next;
cur_i++;
}
if(cur==*rear) // 移动到最后结点
{
if(cur_i!=(n-1)) // 仍然不是插入位置前一个结点，出错
{
printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);
return -1; // 链表没有 n 那么长
}
else
bChangeRear = 1; // 新增结点在最后，改变尾指针的值
}
ListNode* new = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
new->data = data;
new->next = cur->next;
cur->next = new;
if(bChangeRear==1)
*rear=new;
return 0;
}
3.4 带尾指针单循环链表删除数据
带尾指针单循环链表删除节点和单链表差不多，只是判断条件需要从cur->next != NULL变成cur!=*rear;其他步骤都差不多，首先，找到删除位置n的前一个结点；其次，“把当前结点的指针域指向下个结点的下个结点”，这样就删除了下一个结点。
因为可能需要改变尾指针的值，所以传入尾指针的指针。
循环链表删除第n个数据的算法思路：
1、定义一个结点指针cur指向头结点，用来遍历链表；
2、定义一个变量cur_i，用来表示下个结点的序号，初始化为0表示当前指向头结点；
3、将cur指针不断往后移动，直到下个位置就是删除位置n，即当cur_i==(n-1)跳出循环;
4、若结束循环后是最后一个结点(cur==*rear)，说明链表长度不够；
5、否则，说明下个结点(cur->next)就是删除位置n的结点delete，赋值delete = cur->next；
6、将当前结点的指针域指向delete的下个结点，cur->next=delete->next;
7、如果删除节点是随后一个结点，需要将尾指针指向当前结点；
8、最后释放delete结点的内存，完成删除操作。
C语言实现代码如下，删除结点更关注的是下个结点(cur->next)的有效性：
// 删除第n个结点，且将删除的值通过data传出
int ListDelete(CyclicList *rear, int *data, int n)
{
if(rear==NULL || data==NULL || n<1)
return -1;
ListNode* cur = (*rear)->next; // cur指向当前结点，初始化指向头结点
int cur_i=0; // cur_i表示当前结点的序号,0-头结点
while(cur!=*rear && cur_i<(n-1))
{//不是最后一个结点，且不是删除位置的前一个结点，就后移一个
cur = cur->next;
cur_i++;
}
if(cur==*rear) // 移动到最后结点
{
printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);
return -1; // 链表没有 n 那么长
}
ListNode *delete = cur->next;
cur->next = delete->next;
if(delete == *rear) // 最后一个结点删除，尾指针前移一个
*rear=cur;
free(delete);
return 0;
}
3.5 带尾指针单循环链表查找数据
查找数据时，将指针指向第一个结点而非头结点，下面函数中rear是尾指针，指向最后结点，带尾指针单循环链表非空时，rear->next就是头结点，rear->next->next就是第一个结点；循环链表为空时，rear->next == rear，都是指向头结点。
循环链表查找第n个数据的算法思路：
1、定义一个结点指针cur指向第一个结点(rear->next->next)，用来遍历链表；
2、定义一个变量cur_i，用来表示当前结点的序号，初始化为1(第一步指向的就是第一个结点)；
3、如果链表为空，返回错误；
4、若不是最后一个结点，且当前位置不是查找位置n，就继续后移，直到最后结点或i==n跳出循环;
5、若结束循环后，是最后一个结点(cur==rear)，但不是查找位置n，说明链表长度不够；
5、否则，说明当前结点(cur)就是查找位置n的结点；返回结点数据*data = cur->data。
C语言实现代码如下：
int ListFind(CyclicList rear, int *data, int n)
{
if(rear==NULL || data==NULL || n<1)
return -1;
ListNode* cur = rear->next->next;// 指向第一个节点
int cur_i=1; // i表示当前结点的序号
if(cur == rear)
{
printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);
return -1; // 链表没有 n 那么长
}
while(cur!=rear && cur_i<n)
{//不是最后一个结点，且当前位置不是查找位置n，就往后移动一个
cur = cur->next;
cur_i++;
}
if(cur==rear) // 移动到最后结点
{
if(cur_i!=n) // 仍然不是查找位置n，出错
{
printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);
return -1; // 链表没有 n 那么长
}
}
*data = cur->data;
printf("[%s %d]find No.%d = %d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n,*data);
return 0;
}
3.6 带尾指针单循环链表的销毁
下面函数代码中先把头指针保持在head变量，然后从第一结点开始后移，只要当前指针不指向头结点，说明还没遍历到最后一个结点的指针域，当遍历指针cur查询完最后一个结点时会有cur==list，以这个为条件就可以遍历完所有有效结点，最后剩下一个头结点，需要让头结点指向自己，尾指针指向头结点。
单链表销毁的算法思路：
1、定义一个结点指针cur指向第一个结点，用来遍历链表；
2、定义一个结点指针next，保存下个结点地址；
3、定义一个结点指针head，保存头结点地址；
4、当前指针不是指向最后一个结点的指针域就后移，进入循环：
3.1、先保存下个结点地址，因为下个结点本来保存在cur->next，直接free(cur)会丢掉下个结点；
3.2、删除当前结点，释放内存
3.3、将当前指针指向前面保存好的下个结点。
5、结束循环后，已经删除完所有节点，此时需要将头结点的指针域指向头结点，表示空链表。
6、将尾指针指向头结点。
C语言实现代码如下：
void ListDestroy(CyclicList *rear)
{
ListNode* cur = (*rear)->next->next; // 指向第一个节点
ListNode* next = NULL; // 用于保存下个结点地址
ListNode* head = (*rear)->next; // 保存头结点地址
while(cur!=head) // 不到头结点就继续后移，最后只剩下头结点
{
next = cur->next; // 保存下个结点地址
//printf("[%s %d]delete %d\n", __FUNCTION__,__LINE__, cur->data);
free(cur); // 删除当前结点、并释放内存
cur = next; // 将当前结点指针指向下个结点
}
head->next = head; // 头结点指向自己
*rear = head; // 尾指针指向头结点
}
四、 带尾指针单循环链表完整代码
代码只是为了更好地了解 带尾指针单循环链表，实现过程可能存在不足，有发现的，欢迎指正，谢谢！！！
代码已在Ubuntu编译通过，可执行。
// CyclicList.c
#include 
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