【数据结构】C语言实现带头双向循环链表

精选原创

楠诠db 2023-05-18 19:36:41 ©著作权

文章标签 链表 #include 时间复杂度 文章分类 C/C++ 后端开发

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链表，种类众多，有带哨兵位的，有循环的，还有双向的，排列组合后，你会发现有8种不同的链表。其中，结构最简单的就是单链表了，结构最复杂的则是带头双向循环链表。

但是，别看他结构最复杂，其实他的实现反而是最简单的。

数据结构的操作，就是操作内存中的数据，也就是增删查改这些操作；那么，就让我们来看看带头双向循环链表的增删查改吧。

1.首先是结构的定义：

很明显，和单链表相比，我们多了一个prev指针。

typedef int SLDataType;

typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	SLDataType data;
}LTNode;

2.接着就是链表的初始化：

Buy函数就是创建并初始化一个节点，写成函数复用更方便。

LTNode* Buy(int x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("newnode malloc");
		return NULL;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	return newnode;
}

LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = Buy(-1);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}

3.尾插

以前我们写单链表的时候尾插先要while循环找到尾前面那个节点，再尾插，时间复杂度很显然是O(N)，但是现在我们实现尾插就很简单了，时间复杂度是O(1)：

void LTPushBack(LTNode* phead, SLDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = Buy(x);

	LTNode* tail = phead->prev;
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

而且单链表尾插还要分链表为空和不为空的时候，这里就不用了。

4.尾删

当链表为空的时候再删除很显然就错了，所以我们可以写一个判断链表是否为空的函数，一是可以复用，二来 assert 报错的时候可以很清楚错在了哪里。

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

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));

	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* nexttail = tail->prev;
	free(tail);
	tail = NULL;
	phead->prev = nexttail;
	nexttail->next = phead;
}

在尾删的时候，我们可以用一个nextTail指针指向尾巴的前一个节点再写，也可以直接写，都可以，但是直接写的话就要注意好写的顺序，一旦写错顺序就GG了；而用指针的话，顺序就无所谓了，怎么写都行。

单链表在尾删的时候时间复杂度也是O(N)，这里复杂度很明显：O(1）。

5.头插、头删

void LTPushFront(LTNode* phead, SLDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* newnode = Buy(x);

	LTNode* tail = phead->prev;
	newnode->next = phead->next;
	phead->next->prev = newnode;
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
}

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));

	assert(phead->next != phead);
	LTNode* del = phead->next;
	phead->next = del->next;
	del->next->prev = phead;
	free(del);
	del = NULL;
}

也没什么好说的，时间复杂仍然是O(1)；

6.打印

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

最后的效果是这样的：

【数据结构】C语言实现带头双向循环链表_#include

7.查找

这里时间复杂度就是O(N)了，循环一次查找 data == x 的节点，返回该位置的指针：

SLTNode* SLFind(SLTNode* phead, SLDataType x)
{
	SLTNode* find = phead;
	while (find)
	{
		if (find->data == x)
		{
			return find;
		}
		find = find->next;
	}
	return NULL;
}

这里要修改节点数据的话就直接在查找函数后面跟上一行就行了，不用再单独写一个修改函数了。

8.在任意位置之前插入、任意位置删除

依然是配合着查找函数食用，效果会比较好：

void LTInsert(LTNode* pos, SLDataType x)//在该位置前面插入
{
	assert(pos);
	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* newnode = Buy(x);
	posPrev->next = newnode;
	newnode->next = pos;
	newnode->prev = posPrev;
	pos->prev = newnode;
}

void LTErase(LTNode* pos)//任意位置删除
{
	assert(pos);

	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* posNext = pos->next;
	free(pos);
	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
}

9.销毁

void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	LTNode* curNext = cur->next;
	while (cur != phead)
	{
		free(cur);
		printf("...\n");
		cur = curNext;
		curNext = cur->next;
	}
	printf("已销毁\n");
}

最后的样子：

【数据结构】C语言实现带头双向循环链表_时间复杂度_02

咱就是说追求一个大道至简。

【数据结构】C语言实现带头双向循环链表_#include_03

贷马奉上：

头文件：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>

typedef int SLDataType;

typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	SLDataType data;
}LTNode;

LTNode* LTInit();
void LTPushBack(LTNode* phead, SLDataType x);
void LTPopBack(LTNode* phead);
void LTPushFront(LTNode* phead, SLDataType x);
void LTPopFront(LTNode* phead);
void LTPrint(LTNode* phead);
bool LTEmpty(LTNode* phead);


LTNode* LTFind(LTNode* phead, int x);

void LTInsert(LTNode* pos, SLDataType x);
void LTErase(LTNode* pos);

void LTDestroy(LTNode* phead);

源文件：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "List.h"

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

LTNode* Buy(int x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("newnode malloc");
		return NULL;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	return newnode;
}

LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = Buy(-1);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;
}

void LTPushBack(LTNode* phead, SLDataType x)
{
	assert(phead);
	LTNode* newnode = Buy(x);

	LTNode* tail = phead->prev;
	tail->next = newnode;
	newnode->prev = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));

	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* nexttail = tail->prev;
	free(tail);
	tail = NULL;
	phead->prev = nexttail;
	nexttail->next = phead;
}

void LTPushFront(LTNode* phead, SLDataType x)
{
	assert(phead);
	/*if (LTEmpty(phead))
	{
		LTPushBack(phead, x);
	}
	else
	{
		LTNode* newnode = Buy(x);

		LTNode* tail = phead->prev;
		newnode->next = phead->next;
		phead->next->prev = newnode;
		phead->next = newnode;
		newnode->prev = phead;
	}*/

	LTNode* newnode = Buy(x);

	LTNode* tail = phead->prev;
	newnode->next = phead->next;
	phead->next->prev = newnode;
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
}

void LTPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));

	assert(phead->next != phead);
	LTNode* del = phead->next;
	phead->next = del->next;
	del->next->prev = phead;
	free(del);
	del = NULL;
}

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

LTNode* LTFind(LTNode* phead, int x)
{
	assert(phead);
	assert(!LTEmpty(phead));
	LTNode* pos = phead->next;
	while (pos != phead)
	{
		if (pos->data == x)
		{
			return pos;
		}
		pos = pos->next;
	}
	return NULL;
}

void LTInsert(LTNode* pos, SLDataType x)//在该位置前面插入
{
	assert(pos);
	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* newnode = Buy(x);
	posPrev->next = newnode;
	newnode->next = pos;
	newnode->prev = posPrev;
	pos->prev = newnode;
}

void LTErase(LTNode* pos)//任意位置删除
{
	assert(pos);

	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* posNext = pos->next;
	free(pos);
	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
}

void LTDestroy(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	LTNode* curNext = cur->next;
	while (cur != phead)
	{
		free(cur);
		printf("...\n");
		cur = curNext;
		curNext = cur->next;
	}
	printf("已销毁\n");
}

别找辣！没有test函数。。。

【数据结构】C语言实现带头双向循环链表_链表_04