【数据结构】带头双向循环链表（小白入门必备知识）

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⛳⛳本篇内容:c语言数据结构--带头双向循环链表

目录

一.带头双向循环链表

 A.带头双向循环链表概念

B.带头双向循环链表的实现

1.带头双向循环链表的结构

2.动态申请节点函数

3.链表的初始化

4.链表打印

5.链表尾部插入节点

6.链表头部插入节点

7.链表尾删节点 

8.链表头删节点

9.链表查找/修改某个值

10.在链表pos位置之前插入值

LTInsert实现尾插操作:

LTInsert实现头插操作:

11.在链表pos位置处删除此节点

LTErase实现尾删:

LTErase实现头删

12.求链表的长度函数

13.释放链表动态申请的空间

Test.c

List.h

List.c

---

一.带头双向循环链表

链表的分类

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：

怎么算出8种情况:每次两种情况，三次，所以是2*2*2=8。

1. 单向或者双向

 2. 带头或者不带头

 3. 循环或者非循环

 虽然有这么多的链表的结构，但是我们实际中最常用还是两种结构：

1.  无头单向非循环链表： 结构简单 ，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为 其他数据结 构的子结构 ，如哈希桶、图的邻接表等等。另外这种结构在 笔试面试 中出现很多。

 

2. 带头双向循环链表： 结构最复杂 ，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都 是带头双向循环链表。另外这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带 来很多优势，实现反而简单了，后面我们代码实现了就知道了。

 A.带头双向循环链表概念

        带头双向循环链表（Doubly Circular Linked List with a Head）是一种链表数据结构，它具有以下特点：

1. 头节点：带头双向循环链表包含一个头节点，它位于链表的起始位置，并且不存储实际数据。头节点的前驱指针指向尾节点，头节点的后继指针指向第一个实际数据节点。

2. 循环连接：尾节点的后继指针指向头节点，而头节点的前驱指针指向尾节点，将链表形成一个循环连接的闭环。这样可以使链表在遍历时可以无限循环，方便实现循环操作。

3. 双向连接：每个节点都有一个前驱指针和一个后继指针，使得节点可以向前和向后遍历。前驱指针指向前一个节点，后继指针指向后一个节点。

        总结:带头双向循环链表可以支持在链表的任意位置进行插入和删除操作，并且可以实现正向和反向的循环遍历。通过循环连接的特性，链表可以在连续的循环中遍历所有节点，使得链表的操作更加灵活和高效。

B.带头双向循环链表的实现

1.带头双向循环链表的结构

typedef int LTDataType;//代码中将int定义为LTDataType是为了提供代码的可读性和可维护性，并增加代码的灵活性。
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;//存储下一个节点的地址
	struct ListNode* prev;//存储上一个节点的地址
	LTDataType data;
}LTNode;//重新命名结构体类型

通过将int定义为LTDataType，可以在代码中使用LTDataType作为数据类型，而不是直接使用int。这样做的好处有以下几点：

1. 可读性：使用LTDataType作为数据类型可以使代码更具可读性。LTDataType作为一个自定义的数据类型名称，可以更好地表达代码中数据的含义和用途，提高代码的可理解性。
2. 可维护性：将int定义为LTDataType可以方便地在代码中统一修改数据类型。如果将来需要将数据类型更改为其他类型，只需修改typedef语句中的定义，而不需要在整个代码中逐个修改具体的数据类型，减少了修改的工作量和出错的可能性。
3. 灵活性：通过使用LTDataType，可以在代码中轻松更改数据类型，而不会对代码的其他部分产生影响。这种抽象化的方式可以使代码更具通用性，便于在不同的场景中重用。

2.动态申请节点函数

函数代码:

        此函数是关于一个结点动态申请的实现，包含两个指针域，一个数据域。如果分配成功，它会返回指向该内存块起始位置的指针。你可以使用这个指针来访问和操作所分配的内存。如果分配失败，malloc会返回NULL指针，表示内存分配未成功。

LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
    
    //刚申请下的堆区空间有可能开辟失败，所以要进行检查
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return NULL;
	}
    //开辟好后就赋值
	newnode->data = x;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

3.链表的初始化

        链表的初始化就是要创建哨兵位的头节点,此头节点不存储有效数据，并且因一开始不知道指向谁，所以根据双向链表循环的特性，就让该结点的两个指针自己指向自己。

//初始化--因为要改动指向结构体的指针，所以要么就取地址，用二级指针接收。
//要么就像下面这样，用返回值接收。
LTNode* LTInit()// 由于形参phead是实参plist的拷贝
{
	LTNode* guard = BuyLTNode(-1);
	guard->next = guard;
	guard->prev = guard;
	
	return guard;
}
int main()
{
    LTNode* plist = LTInit();
}

图解:

4.链表打印

        打印链表就是,遍历链表的每一个结点的数据域，开始时用assert断言传过来的结点地址是否为NULL。接着cur用phead->next赋值的原因是，phead传过来的是哨兵位的头节点，它的下一位才是链表真正的头节点（有数据域），接着遍历链表，当cur指针回到哨兵位时，遍历结束。

图解:

函数代码: 

void LTPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	printf("guard<==>");
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<==>", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

5.链表尾部插入节点

与单链表有两个不一样的点:

情况一:

1.单链表尾插结点需要遍历全链表，当指针走到链表最后一个结点的时候，判断tail->next是否为NULL，若为NULL，则跳出遍历的循环，尾插新结点。然而带头双向循环链表不需要遍历链表，只需要对哨兵位的头节点的prev域解引用，直接找到带头双向循环链表的尾节点，尾插新节点。

 

情况二:

2.头指针的区别:带头双向循环链表不需要判断头指针是否指向NULL，因为哨兵位的头节点也是有它的地址的,添加新节点时只需要直接在尾节点尾插。然而单链表却需要判断头指针是否指向NULL，而且需要用到二级指针，比较棘手。

 

函数代码: 

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	
	LTNode* tail = phead->prev;//通过哨兵位的头节点的prev找到链表最后一个结点，并用tail指向
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	
	tail->next= newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

测试案例:

        知识点:要改变一个变量的值，特别是传参传过去的，一定要注意是传值还是传址。如果是传值调用，那么传过去的函数(自定义的函数)参数就是形参，不会改变实参(main函数里面的就是实参)。如果传址调用，一般是取这个变量的地址，函数那边要用二级指针接收，并且函数(自定义函数)里面要有一层解引用，才能操作实参的值，给实参赋值，或者其它改变实参的操作。

        malloc如果分配成功，它会返回指向该内存块起始位置的指针，意味着返回的是在堆上分配指定大小的内存块的地址，相等于取出内存块的地址，然后用一级指针接收，传一级指针过去，然后用结构体指针访问结构体成员的方式改变节点的值。

//初始化和尾插
void TestList1()
{
	LTNode* plist = LTInit();//相等于取出内存块的地址，然后用一级指针接收，传一级指针过去，然后            
                               用结构体指针访问结构体成员的方式改变节点的值。
    LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);
	LTPrint(plist);
}
int main()
{
	TestList1();
}

实现思路:依旧是数字代表顺序

 代码执行：

 

6.链表头部插入节点

请先看错误操作，请多注意！:

正确方法:

方法1：无需创建变量

图上的数字代表顺序

 代码实现:

//方法一,不需要创建变量
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	newnode->next = phead->next;//把头结点后面的d1的地址赋值给新结点的next
	phead->next->prev = newnode;//d1指向新节点
	
	phead->next = newnode;//改变头节点的next，让它指向新结点
	newnode->prev = phead;//新结点的prev指向phead头插完毕.
}

方法2：创建变量first

图上的数字代表顺序

 代码实现:

//方法二创建一个first变量
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	LTNode* first = phead->next;
	phead->next = newnode;
	newnode->next = first;
	newnode->prev = phead;
	first->prev = newnode;
}

代码执行:

 

7.链表尾删节点 

图解:

当链表不止一个节点时:

 当链表只有一个节点（哨兵位不算）时:

若链表为NULL(只剩哨兵位就是链表为NULL)时，再尾删就会出错

检查链表是否为空,进行函数封装:

bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return phead->next == phead;
}

函数解析: 

        LTEmpty(LTNode* phead)是一个函数调用，它将链表头节点phead作为参数传递给LTEmpty函数。LTEmpty函数的作用是判断循环链表是否为空，如果为空则返回true，否则返回false。

       如果LTEmpty(phead)返回true，即链表为空，那么!LTEmpty(phead)将为false。如果LTEmpty(phead)返回false，即链表不为空，那么 !LTEmpty(phead)将为true

        assert 宏用于在运行时进行断言检查。它接受一个表达式作为参数，如果表达式的结果为false,则会触发断言失败，程序可能会终止执行。如果表达式的结果为true，则断言通过，程序继续执行。

//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* tail= phead->prev;
	LTNode* tailPrev=tail->prev ;
	
	free(tail);	//先删除再链接
	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;
}

代码执行:

 

8.链表头删节点

链表不止一个结点时:

图解:

数字代表顺序

链表为一个结点时:

数字代表顺序

函数代码: 

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = first->next;
	phead->next = second;
	second->prev = phead;  
	free(first);
}

代码执行:

 

9.链表查找/修改某个值

LTNode* STFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	//assert(phead);
	LTNode* cur = phead;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
		if (cur->data == phead->data)//若重新回到哨兵位，则说明链表遍历完毕，找不到x值，返回NULL
		{
			break;
		}
	}
	return NULL;
}

 代码执行:

找到了:

 找不到:

10.在链表pos位置之前插入值

图解:

 

void LTInsert(LTNode* pos,LTDataType x)//输入要删除的数的位置即可
{
	assert(pos);
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	LTNode* prev = pos->prev;
	prev->next = newnode;
	newnode->next = pos;
	newnode->prev = prev;
	pos->prev = newnode;
}

代码执行: 

 

LTInsert实现尾插操作:

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTInsert(phead, x);
}

LTInsert实现头插操作:

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead->next);
	LTInsert(phead->next, x);
}

11.在链表pos位置处删除此节点

void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	
	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* posNext = pos->next;
	 
	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
	free(pos);
}

代码执行: 

LTErase实现尾删:

//LTPopBack链表尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	
    assert(!LTEmpty(phead));
	LTErase(phead->prev);
}

LTErase实现头删

//LTPopFront链表头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTErase(phead->next);
}

12.求链表的长度函数

简单来说就是计算链表的结点个数

void TestList8()//求链表长度
{
	LTNode* plist = LTInit();
	size_t count = LTSize(plist);
	printf("当前链表长度为:%zu\n", count);
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);
	LTPrint(plist);
	
	count = LTSize(plist);
	printf("当前链表长度为%zu", count);
}

代码执行：

 

13.释放链表动态申请的空间

函数代码:

void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(phead);
} 

Test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"List.h"
//初始化和尾插
void TestList1()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);
	LTPrint(plist);
}
//头插
void TestList2()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushFront(plist, 1);
	LTPushFront(plist, 2);
	LTPushFront(plist, 3);
	LTPushFront(plist, 4);
	LTPrint(plist);
}
//尾删
void TestList3()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);
	LTPrint(plist);
	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);
	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);
	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);
	LTPopBack(plist);
	LTPrint(plist);
}
//头删
void TestList4()
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);
	LTPrint(plist);
	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);
	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);
	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);
	LTPopFront(plist);
	LTPrint(plist);
}
void TestList5()//查找/修改
{
	LTNode* plist = LTInit();
	printf("尾插:");
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);
	LTPrint(plist);
	printf("请输入你要找的值:");
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	LTNode* find = STFind(plist,n);
	if (find)
	{
		printf("找到了\n");
		find->data = 300;
		printf("修改节点的值成功\n");
		LTPrint(plist);
	} 
	else
	{
		printf("没找到\n");
	}
}
void TestList6()//pos之前插入值
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);
	LTPrint(plist);
	LTNode* pos = STFind(plist, 3);
	if (pos)
	{
		LTInsert( pos, 30);
	}
	LTPrint(plist);
}
void TestList7()//删除pos位置的值
{
	LTNode* plist = LTInit();
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);
	LTPrint(plist);
	LTNode* pos = STFind(plist, 3);
	if (pos)
	{
		LTErase(pos);
	}
	LTPrint(plist);
}
void TestList8()//求链表长度
{
	LTNode* plist = LTInit();
	size_t count = LTSize(plist);
	printf("当前链表长度为:%zu\n", count);
	LTPushBack(plist, 1);
	LTPushBack(plist, 2);
	LTPushBack(plist, 3);
	LTPushBack(plist, 4);
	LTPrint(plist);
	
	count = LTSize(plist);
	printf("当前链表长度为%zu", count);
}
int main()
{
	//TestList1();//初始化和尾插
	TestList2();//头插
	//TestList3();//尾删
	//TestList4();//头删
	//TestList5();//查找、修改
	//TestList6();pos之前插入值
	//TestList7();//删除pos位置的值
	//TestList8();//求链表长度
}

List.h

#pragma once
#include
#include
#include
#include
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	LTDataType data;
}LTNode;
LTNode*LTInit();
void LTPrint(LTNode* phead);
//判断链表是否为NULL
bool LTEmpty(LTNode* phead);
//尾插
void LTPushBack(LTNode* phead,LTDataType x);
//头插
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead);
//查找
LTNode* STFind(LTNode* phead, LTDataType x);
//头删
void LTPopFront(LTNode* phead);
//pos之前插入
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
//计算链表节点个数
size_t LTSize(LTNode* phead);
//释放链表
void LTErase(LTNode* pos);

List.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"List.h"
LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return NULL;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->prev = NULL;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}
LTNode* LTInit()
{
	LTNode* guard = BuyLTNode(-1);
	guard->next = guard;
	guard->prev = guard;
	
	return guard;
}
//打印
void LTPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	printf("guard<==>");
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<==>", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}
bool LTEmpty(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	return phead->next == phead;
}
//尾插
//void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
//{
//	assert(phead);
//	
//	LTNode* tail = phead->prev;
//	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
//	
//	tail->next= newnode;
//	newnode->prev = tail;
//	newnode->next = phead;
//	phead->prev = newnode;
//}
//头插
//方法一,不需要创建变量
//void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
//{
//	assert(phead);
//	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
//
//	newnode->next = phead->next;//把头结点后面的d1的地址赋值给新结点的next
//	phead->next->prev = newnode;//d1指向新节点
//	
//	phead->next = newnode;//改变头节点的next，让它指向新结点
//	newnode->prev = phead;//新结点的prev指向phead头插完毕.
//}
//方法二创建一个first变量
//void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
//{
//	assert(phead);
//	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
//	LTNode* first = phead->next;
//
//	phead->next = newnode;
//	newnode->next = first;
//	newnode->prev = phead;
//	first->prev = newnode;
//
//}
//尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* tail= phead->prev;
	LTNode* tailPrev=tail->prev ;
	
	free(tail);	//先删除再链接
	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;
}
LTNode* STFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	//assert(phead);
	LTNode* cur = phead;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
		if (cur->data == phead->data)
		{
			break;
		}
	}
	return NULL;
}
//头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = phead->next->next;
	phead->next = second;
	second->prev = phead;  
	free(first);
}
void LTInsert(LTNode* pos,LTDataType x)//输入要删除的数的位置即可
{
	assert(pos);
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	LTNode* prev = pos->prev;
	prev->next = newnode;
	newnode->next = pos;
	newnode->prev = prev;
	pos->prev = newnode;
}
//INsert尾插
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	LTInsert(phead, x);
}
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead->next);
	LTInsert(phead->next, x);
}
void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	
	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* posNext = pos->next;
	 
	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
	free(pos);
}
//LTPopBack链表尾删
void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTErase(phead->prev);
	
}
//LTPopFront链表头删
void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTErase(phead->next);
}
size_t LTSize(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	size_t n = 0; 
	LTNode * cur = phead->next;
	while (cur!=phead)
	{
		n++;
		cur = cur->next;
	}
	return n;
}
void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(phead);
} 

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