数据结构 | 带头双向循环链表专题

前言

前面我们学了单链表，我们这次来看一个专题带头的双向循环链表~~

带头双向循环链表的结构

• 注意：这里的“带头”跟前面我们说的“头节点”是两个概念，实际前面的在单链表阶段称呼不严
  谨，但是为了同学们更好的理解就直接称为单链表的头节点。
• 带头链表里的头节点，实际为“哨兵位”，哨兵位节点不存储任何有效元素，只是站在这里“放哨
  的”

哨兵位存在的意义：

• 遍历循环链表避免死循环。

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• 每个节点有三部分内容：
  • 保存数据的val
  • 保存下一个节点的地址next指针
  • 保存前一个节点的地址prev指针

实现双向链表

我们需要实现以下功能

头文件的定义

List.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>

// 带头+双向+循环链表增删查改实现
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	LTDataType _val;
	struct ListNode* _next;
	struct ListNode* _prev;
}ListNode;

//哨兵位初始化
ListNode* ListInit();

// 创建返回链表的头结点.
ListNode* ListCreate(ListNode* pHead);
// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* pHead);
// 双向链表打印
void ListPrint(ListNode* pHead);
// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x);
// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* pHead);
// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x);
// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* pHead);
// 双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* pHead, LTDataType x);
// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x);
// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos);

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哨兵位初始化

• 这里我们初始化成-1代表是哨兵位，然后让前驱指针和next指针指向自己

ListNode* ListInit()
{
	ListNode* pHead = ListCreate(-1);
	pHead->_next = pHead;
	pHead->_prev = pHead;
	return pHead;
}

创建节点

• malloc一个节点，然后让新节点的next和prev赋值为空，将值给了val，最后返回空间

ListNode* ListCreate(LTDataType* x)
{
	ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail!\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->_val = x;
	newnode->_next = NULL;
	newnode->_prev = NULL;
	return newnode;
}

尾插

void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
	ListNode* tail = pHead->_prev;
	ListNode* newnode = ListCreate(x);
	// phead   tail   newnode
	tail->_next = newnode;
	newnode->_prev = tail;
	newnode->_next = pHead;
	pHead->_prev = newnode;
}

尾删

void ListPopBack(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	assert(pHead->_next != pHead);
	ListNode* tail = pHead->_prev;
	ListNode* tailprev = tail->_prev;
	free(tail);
	tailprev->_next = pHead;
	pHead->_prev = tailprev;
}

头插

void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->_next;
	ListNode* newnode = ListCreate(x);
	pHead->_next = newnode;
	newnode->_prev = pHead;
	newnode->_next = cur;
	cur->_prev = newnode;
}

头删

void ListPopFront(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	assert(pHead->_next != pHead);
	ListNode* first = pHead->_next;
	ListNode* second = first->_next;
	pHead->_next = second;
	second->_prev = pHead;
	free(first);
	first = NULL;
}

打印

void ListPrint(ListNode* pHead)
{
	ListNode* tail = pHead->_next;
	printf("哨兵位->");
	while (tail != pHead)
	{
		printf("%d->", tail->_val);
		tail = tail->_next;
	}
	printf("NULL\n");
}

查找

ListNode* ListFind(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->_next;
	while (cur != pHead)
	{
		if (cur->_val == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->_next;
	}
	return NULL;
}

指定位置前插入

void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	ListNode* newnode = ListCreate(x);
	ListNode* prev = pos->_prev;
	prev->_next = newnode;
	newnode->_prev = prev;
	pos->_prev = newnode;
	newnode->_next = pos;
}

删除指定位置

void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);
	ListNode* prev = pos->_prev;
	ListNode* next = pos->_next;
	prev->_next = next;
	next->_prev = prev;
	free(pos);
	pos = NULL;
}

销毁链表

void ListDestory(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->_next;
	while (cur != pHead)
	{
		ListNode* next = cur->_next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(pHead);
	pHead = NULL;
}

• 顺序表和双向链表的分析

不同点	顺序表	链表（单链表）
存储空间上	物理上一定连续	逻辑上连续，但物理上不一定连续
随机访问	支持O(1)	不支持：O(N)
任意位置插入或者删除元素	可能需要搬移元素，效率低O(N)	只需修改指针指向
插入	动态顺序表，空间不够时需要扩容	没有容量的概念
应用场景	元素高效存储+频繁访问	任意位置插入和删除频繁

好了，双向链表就到这里结束了，有用的话点个赞吧~~