数据结构：带头双向循环链表的实现

引言

单链表存在缺陷：需要从头开始找前一个节点

解决方法：双向链表

链表的结构（8种）：

1. 单向，双向

2. 带头、不带头

• 带头即为带哨兵位的头节点，第一个节点不存储有效数据。
• 带头节点，不需要改变传过来的指针，也就是意味着不需要传二级指针了，因为不管是头删还是尾删都不会改变头结点的位置，故不用二级指针进行传参。
• 做好不要用头节点存链表的长度

3. 循环，非循环

之前说的链表里最后一个节点指向空指针，循环链表里最后一个结点指向第一个结点的地址

链表结构可分为单向带头循环，单向不带头循环，将以上三类进行排列组合可得2*2*2=8种链表结构

这里我就说一下带头双向循环链表吧

图示方框为头节点，不添加任何有效数据，头节点的前驱指向3的位置，3的后驱指向头节点，图示就是带头双向循环链表了

我们先来简单实现带头双向循环链表吧

带头双向循环链表的初始化

将头节点的前驱和后驱均指向自己。

typedef double LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	int data;
}ListNode;
ListNode* ListInit();
//创建一个结点
ListNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	newnode->data = x;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->next = NULL;
    return newnode;
}
初始化链表
ListNode* ListInit()
{
	ListNode* phead = BuyListNode(0);
	phead->data = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}

带头双向循环链表的尾插：

双向循环链表可直接通过头节点找到尾节点，

将尾节点的next指向新建节点，

新建节点prev指向最初尾节点，

新建节点的next的指向头节点，

头节点的prev指向新建节点。

//尾插
void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x) 
{
	//无论链表是否为空，均可尾插
	ListNode* tail = phead->prev;
	ListNode* newnode = BuyListNode(x);
	newnode->prev=tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;

}

 带头双向链表的输出：

遍历整个链表，直到遍历到头节点（循环）

void ListPrint(ListNode* phead)
{
	assert(phead);//phead不能为空
	ListNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

带头双向链表的头删：

记录第一个和第二个节点的位置，

将头节点next指向第二个节点

，第二个节点的prev指向头节点即可完成头删。

void ListPopFront(ListNode* phead, LTDataType x) 
{
	assert(phead);
    assert(phead->next!=NULL);//保证无结点时不删除
	ListNode* first = phead->next;
	ListNode* second = first->next;
	phead->next = second;
	second->prev = phead;
	free(first);
	first = NULL;
}

带头双向链表的头插：

首先要记录第一个节点的位置，以防位置被覆盖

将头节点的next指向新建节点，

新建节点的prev指向头节点，

新建节点的next指向第一个节点，

第一个节点的prev指向新建节点。

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;
}

带头双向链表的尾删：

记录左后一个节点以及倒数第二个节点的位置。

将倒数第二个节点的next指向头节点，

头结点的prev指向倒数第二个节点，

释放掉最后一个节点。

//尾删
void ListPopBack(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != NULL);//不可把头结构删除
	ListNode* tail = phead->prev;
	ListNode* prev = tail->prev;
	prev->next = phead;
	phead->prev = prev;
	free(tail);
	tail = NULL;
}

带头双向循环链表的查找：

 遍历链表直到遍历至头节点，若找到要找的值，就返回该地址，遍历完还没有找到就返回NULL

//查找
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;
}

在带头双向链表的某个节点前插入新的结点：

记录插入位置的前一个位置，

新建链表的prev指向前一个链表，

前一个链表的next指向新建链表，

新建链表的next指向插入位置

，插入位置的prev指向前一个位置。

// 在pos之前插入x
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	ListNode* prev = pos->prev;
	ListNode* newnode = BuyListNode(x);
	newnode->prev = prev;
	prev->next = newnode;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

 删除带头双向链表的某个结点：

记录删除结点位置的前一个节点位置以及后一个节点的位置

前一个节点的next指向后一个节点，

后一个节点的prev指向前一个节点

释放要删除节点的指针

//删除pos位置的值
void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);
	ListNode* prev = pos->prev;
	ListNode* next = pos->next;
	prev->next = next;
	next->prev->prev;
	free(pos);
	pos=NULL;
}

释放掉整个链表：

 

遍历整个链表，注意在释放节点时，要先记录下一个节点，遍历完之后，释放头节点。

//释放链表
void ListDestory(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	ListNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		ListNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(phead);
}

双向带头循环链表的特点，结构复杂，但操作简单

带头双向循环 -- 最优链表结构，任意位置插入删除数据空间复杂度都是0(1)。