带头双向循环链表：一种高效的数据结构
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文章目录
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- 一、带头循环双向链表的概念及结构
- 二、使用带头双向循环链表的优势及注意事项
- 三、带头双向链表的创建
-
- ✨3.1 准备工作✨
- ✨3.2 创建返回链表的头结点✨
- ✨3.3 双向链表销毁✨
- ✨3.4 双向链表打印✨
- ✨3.5 双向链表尾插✨
- ✨3.6 双向链表尾删✨
- ✨3.7 双向链表头插✨
- ✨3.8 双向链表头删✨
- ✨3.9 双向链表查找✨
- ✨3.10 双向链表在pos的前面进行插入✨
- ✨3.11 双向链表删除pos位置的节点✨
- 四、源代码
-
- 4.1 List.h 文件
- 4.2 List.c 文件
- 4.3 Test.c 文件
- 4.4 测试结果
双向循环链表是一种复杂的数据结构，它结合了双向链表和循环链表的优点。与单向链表相比，双向链表可以双向遍历，而循环链表则可以在尾部链接到头部，形成一个闭环。这种数据结构在某些应用场景下非常有用，比如事件处理、图形界面、内存管理等。
一、带头循环双向链表的概念及结构
双向循环链表是一种特殊类型的链表，它由一系列节点组成，每个节点包含一个数据域和两个指针域。其中一个指针指向下一个节点，另一个指针指向前一个节点。在双向循环链表中，首节点的前一个节点是尾节点，尾节点的下一个节点是首节点，形成一个闭环。
二、使用带头双向循环链表的优势及注意事项
【优势】：
- 高效遍历：由于带头双向循环链表可以双向遍历，因此可以在O(1)时间内访问任何节点。
- 内存高效：与双向链表相比，带头双向循环链表不需要额外的内存来存储头部节点。
- 插入和删除操作高效：在带头双向循环链表中插入和删除节点时，只需调整指针即可，无需移动大量数据。
【注意事项】：
- 初始化：在创建带头双向循环链表时，需要正确初始化所有节点的指针。
- 异常处理：在进行插入、删除等操作时，需要处理指针异常情况，如空指针或无效指针。
- 内存管理：在使用带头双向循环链表时，需要正确管理内存，避免内存泄漏或野指针。
三、带头双向链表的创建
✨3.1 准备工作✨
将代码分成三个文件可以提高代码的可读性、可维护性和可重用性。具体来说，三个文件可以分别关注以下方面：
- 配置文件：用于存储应用程序的配置信息，如数据库连接信息、应用程序名称、应用程序版本等。该文件可以在应用程序的整个生命周期内进行维护和管理，并且可以轻松地与其他开发人员共享。
- 模块文件：用于存储应用程序的各个模块，如用户管理、订单管理、产品管理等。每个模块都可以单独维护和测试，并且可以在不同的应用程序中重复使用。这有助于降低代码冗余和提高代码的可重用性。
- 入口文件：用于定义应用程序的入口，如路由、请求处理等。该文件可以控制应用程序的整个流程，并且可以轻松地与其他开发人员共享。
通过将代码分成三个文件，可以更好地组织代码结构，使其更加清晰和易于维护。同时，这也使得代码更易于测试和调试，并且可以更好地支持代码重构和优化。
#pragma once
#include ✨3.2 创建返回链表的头结点✨
动态申请一个节点作为双向链表的头节点。并将头节点的
prev指向自己，next也指向自己，表明这是一个双向链表，且链表为空。
// 创建返回链表的头结点.
ListNode* ListCreate()
{
ListNode* head = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
if (head == NULL)
{
perror("ListCreate --> malloc");
return;
}
head->data = -1;
head->prev = head;
head->next = head;
return head;
}
✨3.3 双向链表销毁✨
从链表的第二个节点开始，逐个释放链表中的节点，直到回到头节点并释放头节点的内存空间。这样做可以确保链表中的所有节点都被正确释放，防止内存泄漏。
// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* pHead)
{
assert(pHead);
ListNode* cur = pHead->next;
while (cur != pHead)
{
ListNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
free(pHead);
printf("双链表销毁成功！\n");
}
✨3.4 双向链表打印✨
// 双向链表打印
void ListPrint(ListNode* pHead)
{
assert(pHead);
ListNode* cur = pHead->next;
printf("哨兵位 <--> ");
while (cur != pHead)
{
printf("%d <--> ", cur->data);
cur = cur->next;
}
printf("哨兵位\n");
}
✨3.5 双向链表尾插✨
在进行插入节点之前，无论是头插还是尾插都需要申请一个新的节点，于是可以把此步骤成一个函数，减少代码的冗余。
//申请一个节点
ListNode* CreateLTNode(LTDataType x)
{
ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("CreateLTNode --> malloc");
return;
}
newnode->data = x;
newnode->prev = NULL;
newnode->next = NULL;
return newnode;
}
- 首先，创建一个新的节点
newnode，并将数据x存储在其中。- 将
newnode的prev指针指向当前链表的第一个节点pHead的前一个节点，即pHead->prev。- 将
newnode的next指针指向当前链表的第一个节点pHead。- 将当前链表的第一个节点
pHead的前一个节点的next指针指向新节点newnode。- 将当前链表的第一个节点
pHead的prev指针指向新节点newnode。通过以上步骤，新节点被插入到双向链表的尾部，并且链表中的其他节点仍然保持其原始顺序和链接关系。这样做可以确保新节点被正确地添加到链表中，并且不会破坏链表的结构。
// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
assert(pHead);
ListNode* newnode = CreateLTNode(x);
//pHead pHead->prev newnode
newnode->prev = pHead->prev;
newnode->next = pHead;
pHead->prev->next = newnode;
pHead->prev = newnode;
}
✨3.6 双向链表尾删✨
- 首先，获取链表的最后一个节点
tail，它应该是头节点pHead的前一个节点（即pHead->prev）。- 接着，获取最后一个节点的前一个节点
tailPrev。- 将头节点
pHead的prev指针指向最后一个节点的前一个节点tailPrev，从而将最后一个节点从链表中间删除。- 将最后一个节点的前一个节点的
next指针指向头节点pHead，从而将头节点和最后一个节点连接起来。- 最后，释放最后一个节点的内存空间。
// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* pHead)
{
assert(pHead);
assert(pHead->next!=pHead);//链表不能为空
ListNode* tail = pHead->prev;
ListNode* tailPrev = tail->prev;
// pHead tailPrev tail
pHead->prev = tailPrev;
tailPrev->next = pHead;
free(tail);
}
✨3.7 双向链表头插✨
- 首先，创建一个新的节点
newnode，并将数据x存储在其中。- 将新节点的
prev指针指向当前链表的第一个节点pHead。- 将新节点的
next指针指向当前链表的第一个节点的下一个节点，即pHead->next。- 将当前链表的第一个节点的
next指针指向新节点newnode。- 将当前链表的第一个节点的下一个节点的
prev指针指向新节点newnode。通过以上步骤，新节点被插入到双向链表的头部，并且链表中的其他节点仍然保持其原始顺序和链接关系。这样做可以确保新节点被正确地添加到链表中，并且不会破坏链表的结构。
// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
assert(pHead);
ListNode* newnode = CreateLTNode(x);
ListNode* rear = pHead->next;
pHead->next = newnode;
newnode->prev = pHead;
newnode->next = rear;
rear->prev = newnode;
}
✨3.8 双向链表头删✨
- 首先，获取链表的第一个节点
cur，它应该是头节点pHead的下一个节点（即pHead->next）。- 将头节点的
next指针指向第一个节点的下一个节点，从而将第一个节点从链表中间删除。- 将第一个节点的下一个节点的
prev指针指向头节点pHead，从而将头节点和第一个节点连接起来。- 最后，释放第一个节点的内存空间。
// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* pHead)
{
assert(pHead);
assert(pHead->next != pHead);
ListNode* cur = pHead->next;
pHead->next = cur->next;
cur->next->prev = pHead;
free(cur);
}
✨3.9 双向链表查找✨
- 首先，从链表的第二个节点开始（即
pHead->next），遍历链表的每个节点。- 对于每个节点，检查其存储的数据是否与要查找的数据
x相等。- 如果找到了匹配的节点，则返回该节点。
- 如果遍历完整个链表都没有找到匹配的节点，则返回空指针（
NULL）。
// 双向链表查找
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;//如果没找到，返回空
}
✨3.10 双向链表在pos的前面进行插入✨
- 首先，创建一个新的节点
newnode，并将数据x存储在其中。- 获取要插入位置的前一个节点
_prev。- 将前一个节点的
next指针指向新节点newnode。- 将新节点的
prev指针指向前一个节点_prev。- 将新节点的
next指针指向当前节点pos。- 将当前节点的
prev指针指向新节点newnode。通过以上步骤，新节点被插入到指定位置的前面，并且链表中的其他节点仍然保持其原始顺序和链接关系。这样做可以确保新节点被正确地添加到链表中，并且不会破坏链表的结构。
// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
ListNode* newnode = CreateLTNode(x);
ListNode* _prev = pos->prev;
// _prev newnode pos
_prev->next = newnode;
newnode->prev = _prev;
newnode->next = pos;
pos->prev = newnode;
}
✨3.11 双向链表删除pos位置的节点✨
- 首先，确保要删除的节点
pos不是空指针。- 获取要删除节点的前一个节点
_prev和后一个节点rear。- 将前一个节点的
next指针指向后一个节点，从而将要删除的节点从链表中间删除。- 将后一个节点的
prev指针指向前一个节点，从而将前一个节点和后一个节点连接起来。- 释放要删除的节点的内存空间。
// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos)
{
assert(pos);
ListNode* _prev = pos->prev;
ListNode* rear = pos->next;
_prev->next = rear;
rear->prev = _prev;
free(pos);
}
四、源代码
4.1 List.h 文件
#pragma once
#include 4.2 List.c 文件
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "List.h"
//申请一个节点
ListNode* CreateLTNode(LTDataType x)
{
ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("CreateLTNode --> malloc");
return;
}
newnode->data = x;
newnode->prev = NULL;
newnode->next = NULL;
return newnode;
}
// 创建返回链表的头结点.
ListNode* ListCreate()
{
ListNode* head = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
if (head == NULL)
{
perror("ListCreate --> malloc");
return;
}
head->data = -1;
head->prev = head;
head->next = head;
return head;
}
// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* pHead)
{
assert(pHead);
ListNode* cur = pHead->next;
while (cur != pHead)
{
ListNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
free(pHead);
printf("双链表销毁成功！\n");
}
// 双向链表打印
void ListPrint(ListNode* pHead)
{
assert(pHead);
ListNode* cur = pHead->next;
printf("哨兵位 <--> ");
while (cur != pHead)
{
printf("%d <--> ", cur->data);
cur = cur->next;
}
printf("哨兵位\n");
}
// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
assert(pHead);
ListNode* newnode = CreateLTNode(x);
//pHead pHead->prev newnode
newnode->prev = pHead->prev;
newnode->next = pHead;
pHead->prev->next = newnode;
pHead->prev = newnode;
}
// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* pHead)
{
assert(pHead);
assert(pHead->next!=pHead);//链表不能为空
ListNode* tail = pHead->prev;
ListNode* tailPrev = tail->prev;
// pHead tailPrev tail
pHead->prev = tailPrev;
tailPrev->next = pHead;
free(tail);
}
// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
assert(pHead);
ListNode* newnode = CreateLTNode(x);
ListNode* rear = pHead->next;
pHead->next = newnode;
newnode->prev = pHead;
newnode->next = rear;
rear->prev = newnode;
}
// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* pHead)
{
assert(pHead);
assert(pHead->next != pHead);
ListNode* cur = pHead->next;
pHead->next = cur->next;
cur->next->prev = pHead;
free(cur);
}
// 双向链表查找
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;//如果没找到，返回空
}
// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
assert(pos);
ListNode* newnode = CreateLTNode(x);
ListNode* _prev = pos->prev;
// _prev newnode pos
_prev->next = newnode;
newnode->prev = _prev;
newnode->next = pos;
pos->prev = newnode;
}
// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos)
{
assert(pos);
ListNode* _prev = pos->prev;
ListNode* rear = pos->next;
_prev->next = rear;
rear->prev = _prev;
free(pos);
}
4.3 Test.c 文件
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "List.h"
void Test1()
{
ListNode* plist = ListCreate();
//尾插1、2、3
ListPushBack(plist, 1);
ListPushBack(plist, 2);
ListPushBack(plist, 3);
ListPrint(plist);
//头插5、4
ListPushFront(plist, 5);
ListPushFront(plist, 4);
ListPrint(plist);
//查找元素3，找到返回节点地址，没找到返回空
ListNode* pos = ListFind(plist, 3);
if (pos)
{
printf("找到了\n");
}
else
{
printf("没找到\n");
}
//在3前面插入30
ListInsert(pos, 30);
ListPrint(plist);
//删除3
if (pos)
{
ListErase(pos);
pos = NULL;
}
ListPrint(plist);
//尾删两次
ListPopBack(plist);
ListPopBack(plist);
ListPrint(plist);
//头删两次
ListPopFront(plist);
ListPopFront(plist);
ListPrint(plist);
//销毁链表
ListDestory(plist);
plist = NULL;
}
int main()
{
Test1();
return 0;
}
4.4 测试结果
