数据结构（三）循环链表

文章目录

一、循环链表
- （一）概念
- （二）示意图
- （三）操作
- - 1. 创建循环链表
  - - （1）函数声明
    - （2）注意点
    - （3）代码实现
  - 2. 插入（头插，尾插，任意位置插入）
  - - （1）头插
    - - ① 函数声明
      - ② 注意点
      - ③ 代码实现
    - （2）尾插
    - - ① 函数声明
      - ② 注意点
      - ③ 代码实现
    - （3）任意位置插入
    - - ① 函数声明
      - ② 注意点
      - ③ 代码实现
  - 3. 删除（头删，尾删，任意位置删除）
  - - （1）头删
    - - ① 函数声明
      - ② 注意点
      - ③ 代码实现
    - （2）尾删
    - - ① 函数声明
      - ② 注意点
      - ③ 代码实现
    - （3）任意位置删除
    - - ① 函数声明
      - ② 注意点
      - ③ 代码实现
  - 4. 修改
  - - （1）函数定义
    - （2）注意点
    - （3）代码实现
  - 5. 查询
  - - （1）函数定义
    - （2）注意点
    - （3）代码实现
  - 6. 清空和销毁
  - - （1）函数定义
    - （2）注意点
    - （3）代码实现
  - 7. 打印链表（方便查看实验现象）
  - - （1）函数定义
    - （2）注意点
    - （3）代码实现
  - 8. 排序（以正序排序为例）
  - - （1）函数定义
    - （2）注意点
    - （3）代码实现
  - 9.剔重
  - - （1）函数定义
    - （2）注意点
    - （3）代码实现
- （四）应用：实现约瑟夫环
- - 1.问题描述
  - 2. 问题分析
  - 3. 代码实现
二、代码源码已上传资源

一、循环链表

（一）概念

操作和单向链表的操作基本一样
只是判断链表结束的条件不同

循环链表又分为有头循环链表和无头循环链表，其中无头结点的循环链表相对更常见些，因此下文以实现无头循环链表为例。

（二）示意图

在这里插入图片描述

（三）操作

1. 创建循环链表

（1）函数声明

int create_list(nd_t **phead,int num);

创建循环链表的第一个节点，
第一个节点的next指向它自己
将第一个节点的堆区地址传给main函数中的指针

（2）注意点

入参不能为空
因为需要将申请的第一个节点的地址写入main函数中的指针变量中，因此必须传入二级指针
申请内存空间后检查是否申请成功

（3）代码实现

int create_list(nd_t **phead,int num){
    if(NULL==phead){
        return -1;
    }
    *phead=(nd_t *)malloc(sizeof(nd_t));
    if(NULL==phead){
        return -1;
    }
    (*phead)->data=num;
    (*phead)->next=*phead; 
    return 0;
}

2. 插入（头插，尾插，任意位置插入）

（1）头插

① 函数声明

int insert_list_by_head(nd_t **phead,int num);

创建新节点
找到尾节点，将尾节点的next指向新的节点
新节点的next指向首节点
*phead指向pnew

② 注意点

入参不能为NULL
头插需要更改main函数中phead指针的值，因此需要传二级指针
需要保证链表中至少有一个节点，无头链表中只要phead不为NULL，就说明至少有一个节点

③ 代码实现

int insert_list_by_head(nd_t **phead,int num){
    //需要保证链表至少有一个节点
    if(NULL==phead){
        return -1;
    }
    //创建新节点
    nd_t *pnew=(nd_t *)malloc(sizeof(nd_t));
    if(NULL==pnew)
        return -1;
    pnew->data=num;
    //找到尾节点
    nd_t *ptemp=(*phead)->next;
    while(ptemp->next!=*phead)
    {
        ptemp=ptemp->next;
    }
    //插入
    ptemp->next=pnew;
    pnew->next=(*phead);
    *phead=pnew;
    return 0;
}

（2）尾插

① 函数声明

int insert_list_by_tail(nd_t **phead,int num);

创建新节点
找到尾节点，将尾节点的next指向新的节点
新节点的next指向首节点

② 注意点

头插和尾插的区别仅在于是否需要修改main函数中的指针变量

③ 代码实现

int insert_list_by_tail(nd_t *phead,int num){
    if(NULL==phead)
        return -1;
    //创建新节点
    nd_t *pnew=(nd_t *)malloc(sizeof(nd_t));
    if(NULL==pnew)
        return -1;
    pnew->data=num;
    //找到尾节点
    nd_t *ptemp=(phead)->next;
    while(ptemp->next!=phead)
    {
        ptemp=ptemp->next;
    }
    //插入
    ptemp->next=pnew;
    pnew->next=phead;
    return 0;
}

（3）任意位置插入

① 函数声明

int insert_list_by_pos(nd_t *phead,int pos,int num);

找到要插入的位置的前一个节点
创建新节点
插入节点

② 注意点

不支持插入在第一个位置
如果插入的前一个位置在最后一个可以，但是在第一个就不合理了

③ 代码实现

int insert_list_by_pos(nd_t *phead,int pos,int num){
    if(NULL==phead)
        return -1;
    //不支持插入在第0个位置
    if(pos<=0)
        return -1;
    //找到要插入的节点的前一位
    nd_t *ptemp=phead;
    for(int i=0;i<pos-1;i++){
        ptemp=ptemp->next;        
        //如果插入的前一个位置在最后一个可以，但是在第一个就不合理了
        if(ptemp==phead){
            printf("插入位置不合理\n");
            return -1;
        }
    }
    //创建新节点
    nd_t *pnew=(nd_t *)malloc(sizeof(nd_t));
    if(NULL==pnew)
        return -1;
    pnew->data=num;
    //插入节点
    pnew->next=ptemp->next;
    ptemp->next=pnew;

    return 0;
}

3. 删除（头删，尾删，任意位置删除）

（1）头删

① 函数声明

int delete_list_by_head(nd_t **phead);

找到尾节点
尾节点的next置成*phead->next
*phead=*phead->next
free(pdef)

② 注意点

需要传入二级指针
当表中只有一个节点时，进行删除操作时相当于将表销毁了。

③ 代码实现

int delete_list_by_head(nd_t **phead){
    //至少有一个节点
    if(NULL==phead)
        return -1;
    //只有一个节点
    if((*phead)->next==*phead){
        free(*phead);
        *phead=NULL;
        printf("表已清空\n");
        return 0;
    }
    //多个节点
    //找到尾节点
    nd_t *ptemp=(*phead)->next;
    while(ptemp->next!=*phead)
    {
        ptemp=ptemp->next;
    }
    //头删
    nd_t *pdel=*phead;
    *phead=(*phead)->next;
    ptemp->next=*phead;
    free(pdel);
    pdel=NULL;
    return 0;
}

（2）尾删

① 函数声明

int delete_list_by_tail(nd_t **phead);

找到尾节点的前一节点，
尾删操作

② 注意点

需要传入二级指针
当表中只有一个节点时，进行删除操作时相当于将表销毁了。

③ 代码实现

int delete_list_by_tail(nd_t **phead){
    //至少有一个节点
    if(NULL==phead)
        return -1;
    //只有一个节点
    if((*phead)->next==*phead){
        free(*phead);
        *phead=NULL;
        printf("表已清空\n");
        return 0;
    }
    //多个节点
    //找到尾节点的前一个节点
    nd_t *ptemp=(*phead)->next;
    while(ptemp->next->next!=*phead)
    {
        ptemp=ptemp->next;
    }
    //尾删
    nd_t *pdel=ptemp->next;
    ptemp->next=*phead;
    free(pdel);
    pdel=NULL;
    return 0;
}

（3）任意位置删除

① 函数声明

int delete_list_by_pos(nd_t **phead,int pos);

② 注意点

链表中至少有一个节点
如果只有一个节点时要删除第0个位置可以成功，此时链表销毁；其他位置均为不合理
如果多个节点时，需要区分是不是要删除头节点
ptemp是要删除的节点的前一个节点，它不能是尾节点

③ 代码实现

int delete_list_by_pos(nd_t **phead,int pos){
    //至少有一个节点
    if(NULL==phead)
        return -1;
    if(0>pos){
        return -1;
    }
    //如果链表中只有一个节点
    if((*phead)->next==*phead){
        //删除第一个位置的节点
        if(0==pos){
            free(*phead);
            *phead=NULL;
            return 0;
        }
        //删除其他位置节点，均是位置不合理
        printf("位置不合理\n");
        return -1;
    }
    //链表有多个节点
    nd_t *pdel=*phead;
    //删除第一个位置的节点
    //找到尾节点
    nd_t *ptemp=(*phead)->next;
    while(ptemp->next!=*phead)
    {
        ptemp=ptemp->next;
    }
    if(0==pos){
        *phead=(*phead)->next;
        ptemp->next=*phead;
        free(pdel);
        pdel=NULL;
        return 0;
    }
    //删除其他位置节点
    //找到要删除的节点的前一个节点
    ptemp=(*phead);
    for(int i=0;i<pos-1;i++){
        //要删除的节点的前一个节点不能是尾节点
        if(ptemp->next->next==*phead){
            printf("删除位置不合理\n");
            return -1;
        }
        ptemp=ptemp->next;
    }
    pdel=ptemp->next;
    ptemp->next=pdel->next;
    free(pdel);
    pdel=NULL;
    return 0;
}

4. 修改

（1）函数定义

int modify_list_by_pos(nd_t *phead,int pos,int num);

遍历链表找到第pos个位置

（2）注意点

如果已经到达尾节点就不能再继续向下遍历修改

（3）代码实现

int modify_list_by_pos(nd_t *phead,int pos,int num){
    //至少有一个节点
    if(NULL==phead)
        return -1;
    if(0>pos){
        return -1;
    }
    //找到第pos个位置
    nd_t *ptemp=phead;
    for(int i=0;i<pos;i++){
        if(ptemp->next==phead){
            printf("位置不合理\n");
            return -1;
        }
        ptemp=ptemp->next;
    }
    ptemp->data=num;
    return 0;
}

5. 查询

（1）函数定义

int search_list_by_pos(nd_t *phead,int pos,int *num);

找到第pos个位置
读取数据域数据

（2）注意点

查询和修改的唯一区别是对数据的处理，修改是将新的数据写到第pos尾的数据域；修改是将pos位的数据域写到num中
循环结束条件与修改和删除一样

（3）代码实现

int search_list_by_pos(nd_t *phead,int pos,int *num){
    //至少有一个节点
    if(NULL==phead||NULL==num)
        return -1;
    if(0>pos){
        return -1;
    }
    //找到第pos个位置
    nd_t *ptemp=phead;
    for(int i=0;i<pos;i++){
        if(ptemp->next==phead){
            printf("位置不合理\n");
            return -1;
        }
        ptemp=ptemp->next;
    }
    *num=ptemp->data;
    return 0;
}

6. 清空和销毁

（1）函数定义

int destory_list(nd_t **phead);

先判断是不是只有一个节点
采用尾删（使用头删的话还要一直修改main函数中的指针变量的值）

（2）注意点

使用二级指针
入参不能为空

（3）代码实现

int destory_list(nd_t **phead){
    if(NULL==phead){
        return -1;
    }
    nd_t *ptemp=*phead;
    //不止一个节点
    //采用尾删，先找到尾节点前一个节点
    while(ptemp->next!=ptemp)
    {
        while (ptemp->next->next!=*phead){
            ptemp=ptemp->next;
        }
        nd_t *pdel=ptemp->next;
        ptemp->next=pdel->next;
        free(pdel);
    }
    //此时只有一个节点了
    free(*phead);
    *phead=NULL;
    printf("表已清空\n");
    return 0;
}

7. 打印链表（方便查看实验现象）

（1）函数定义

int print_list(nd_t *phead);

先打印出第一个节点，
遍历链表，直到ptemp->next==phead时结束

（2）注意点

在无头链表中phead为NULL，则说明表为空。phead->next==NULL，说明没有第二个节点。

（3）代码实现

int print_list(nd_t *phead){
    if(NULL==phead)
        return -1;
    nd_t *ptemp=phead->next;
    printf("%d ",phead->data);
    while(ptemp!=phead){
        printf("%d ",ptemp->data);
        ptemp=ptemp->next;
    }
    putchar(10);
    return 0;
}

8. 排序（以正序排序为例）

（1）函数定义

int sort_list(nd_t *phead);

选择排序思路

（2）注意点

外层循环可以不比较最后一个元素

（3）代码实现

int sort_list(nd_t *phead){
    if(NULL==phead){
        return -1;
    }
    nd_t *p=phead;
    nd_t *q=NULL;
    while(p->next!=phead){
        q=p->next;
        while(q!=phead){
            if(p->data>q->data){
                int temp=p->data;
                p->data=q->data;
                q->data=temp;
            }
            q=q->next;
        }
        p=p->next;
    }
    return 0;
}

9.剔重

（1）函数定义

int dedup(nd_t *phead);

动静指针配合
选择排序思路

（2）注意点

此时外层循环使用p->next!=phead或者p!=phead均可，循环链表此刻不会报段错误，但是用第一种效率会相对略高

（3）代码实现

int dedup_list(nd_t *phead){
    //至少有一个元素
    if(NULL==phead){
        return -1;
    }
    nd_t *p=phead;
    nd_t *q=NULL;
    nd_t *m=NULL;
    while(p->next!=phead){
        m=p;
        q=p->next;
        while(q!=phead){
            if(p->data==q->data){
                m->next=q->next;
                free(q);
                q=m->next;
            }else{
                m=q;
                q=q->next;
            }
        }
        p=p->next;
    }
}

（四）应用：实现约瑟夫环

1.问题描述

有一位叫约瑟夫的将军，在一次战斗中，连同手下的士兵一起被俘虏了。手下的士兵都非常爱国，宁死不投降，约瑟夫将军想了个办法：
让大家站成一圈，开始数数，从1开始数，数到7的人就自杀，
下一个人重新从1开始数，数到7再自杀，依次类推
直到只剩下一个人为止，最终剩下的就是约瑟夫将军，
然后他不想死，他投降了。这种“圈”，我们称之为“约瑟夫环”

要求：编写代码，模拟约瑟夫环淘汰人的过程，
命令行输入 ./a.out 总人数数到几自杀 (总人数>1 数到几自杀>1 )
要求程序输出：
第x次淘汰的是y号
以及最终剩下的是几号
如：输入 ./a.out 5 3 则程序输出
第1次淘汰的是3号
第2次淘汰的是1号
第3次淘汰的是5号
第4次淘汰的是2号
最后剩下的是 4 号

2. 问题分析

首先需要检查参数的合理性，参数都是以字符串形式保存的，需要转换成int型数据；
无头链表创建链表时就是创建第一个节点，即编号为1的人，之后依次开始创建节点

3. 代码实现

main.c文件：

#include "circle_list.h"

int del(nd_t *phead,int n);
int main(int argc, char const *argv[])
{
    if(3 != argc)
    {
        printf("参数不合理\n");
        return -1;
    }
    int num=atoi(argv[1]); //保存个数
    int n=atoi(argv[2]);//数到几
    if(num<=0)
    {
        printf("人数应当大于0\n");
        return-1;
    }
    nd_t *phead=NULL;
    //第一个人及其编号
    create_list(&phead,1);
    //后面的人
    for(int i=2;i<=num;i++){
        if(insert_list_by_tail(phead,i)){
            printf("插入失败\n");
            return -1;
        }
    }
    print_list(phead);  
    del(phead,n);
    return 0;
}

int del(nd_t *phead,int n)
{
    if(NULL==phead)
    {
        printf("传参错误\n");
        return -1;
    }
    if(0>=n)
    {
        printf("传参错误，n应当大于0\n");
        return -1;
    }
    int index=0;
    nd_t *pptemp=NULL;

    while(phead->next!=phead)
    {
        for(int i=0;i<n-1;i++) //phead默认移到下一位了，故只需要再移动n-1次
        {
            pptemp=phead;
            phead=phead->next;
        }
        //此时phead是需要删除的节点，执行删除操作
        pptemp->next=phead->next; 
        printf("第%d次删除%d\n",index+1,phead->data);
        free(phead);
        //删除完成后pead等于后一个节点
        phead=pptemp->next;
        index++;
    }
    printf("%d存活\n",phead->data);
    free(phead);
    phead=NULL;
    return 0;
}