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C语言数据结构初阶(4)----带头双向循环链表

19 人参与  2023年04月01日 08:01  分类 : 《随便一记》  评论

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我们先来看看带头双向循环链表的结构:

看到这里我们可能会产生一个想法:这个链表看起来好复杂的样子,是不是它的增删改查比单链表更难写呢?嘿嘿,还真的不是这样的,双向链表的增删改查是很好写的哦!??

函数接口一览

初阶数据结构我们学习的一般都是增删改查这四种操作:

// 2、带头+双向+循环链表增删查改实现typedef int LTDataType;typedef struct ListNode{    LTDataType _data;    struct ListNode* next;    struct ListNode* prev;} ListNode;// 创建返回链表的头结点.ListNode* BuyListNode(LTDataType x);// 双向链表销毁void ListDestory(ListNode* phead);//双向链表的初始化ListNode* ListInit();// 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位置的结点void ListErase(ListNode* pos);

2. 函数接口的实现

2.1 ListNode* BuyListNode(LTDataType x)

这个函数存在的意义和单链表中的BuyListNo的函数一样哈。因为在尾插,头插,指定位置插入都需要向堆区申请空间,开辟节点,所以我们把它封装成一个函数。参数x用来给新的节点赋初值。代表你要开辟节点的data是多少。

//开辟新的节点ListNode* BuyNewNode(LTDataType x){    //malloc新的节点    ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));    //开辟失败退出程序    if (newNode == NULL)    {        perror("BuyNewNode::malloc");        exit(-1);    }    else    {        //初始化新的节点,然后返回        newNode->data = x;        newNode->prev = NULL;        newNode->next = NULL;        return newNode;    }}

2.2 void ListDestory(ListNode* phead)

因为链表的节点都是在堆区开辟的,所以在使用完链表后需要将其释放。释放空间的方式就是遍历整个链表,注意在释放一个节点时需要找到该节点的下一个节点,否则会导致内存泄漏!注意phead不可传入空指针,因此需要对phead进行断言。

这里的phead就是传说中的哨兵位的头结点,好处在写完整个双向链表后就能够和好的理解啦,哨兵位的头结点不存储任何数据的。你可以把他理解为一个很大的官,他是不需要亲自上战场的,负责指挥他的兵,有了他,他的兵能够更好的实现各种操作。或者你可以把他理解为王者荣耀中的辅助,有了他才能更好的取得游戏的胜利。
//销毁链表void ListDestory(ListNode* phead){    //断言phead    assert(phead);    ListNode* cur = phead->next;    //遍历链表    while (cur != phead)    {        //找到下一个节点        ListNode* next = cur -> next;        //释放节点        free(cur);        //记录下一个要释放的节点        cur = next;    }    //释放哨兵位的头结点    free(phead);    phead = NULL;}

2.3 ListNode* ListInit()

初始化链表的函数就是开辟一个节点,让他作为哨兵位的头结点。然后让他的next,prev都指向自己。好处的话还需写代码的时候自己体会的哦!这样做的目的其实就是为了是头插,头删等操作统一化!还记得单链表写头插,头删函数时需要对特殊情况进行处理的痛苦吧!

//链表的初始化ListNode* ListInit(){    //因为哨兵位的头节点是不需要存储数据的,这个参数随便是啥都行    ListNode* phead = BuyNewNode(0);    //prev,next均指向自己    phead->next = phead;    phead->prev = phead;    //返回哨兵位的头结点    return phead;}

2.4 void ListPrint(ListNode* phead)

这个函数的实现也是很简单的哦!我们只需要遍历链表然后打印数据即可!同样不允许传入空指针,不然会发生空指针的解引用哦!这个不同于我们前面写过的单链表,单链表传入空指针说明链表为空!但这个双向链表经过初始化后就有一个哨兵位的头结点了!链表为空说明phead ->next = phead,或者phead->prev = phead。双链表为空的情况:

//双向链表的打印void ListPrint(ListNode* phead){    //断言    assert(phead);    //如果是空链表可以打印一个空,判断空链表的方法上面降到了    //这里的话空链表就不做任何打印了    ListNode* cur = phead->next;    while (cur != phead)    {        //用cur遍历双链表打印数据        printf("%d ", cur->data);        cur = cur->next;    }    printf("\n");}

2.5 void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)

还记得单链表尾插的痛苦嘛!需要对特殊情况进行处理,我们来看看谁双向链表需不需要对特殊情况进行处理!尾插肯定是要找到尾节点的撒,双链表找尾节点就直接phead->prev 就可以了!

当双向链表为空时:

尾节点:tail = phead->prev = phead 哈。

当双向链表不为空时:

同样地,找到尾节点 tail = phead->prev,用上面同样的方式画图!我们发现双链表不为空时也是找到尾节点,然后进行上面的四步操作!这就是双向链表,哨兵位的头结点,这样初始化链表的好处!

//双链表的尾插void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x){    assert(phead);    //调用接口申请节点即可    ListNode* newNode = BuyNewNode(x);    //找到尾节点    ListNode* tail = phead->prev;    //链接新的节点    tail->next = newNode;    newNode->prev = tail;    newNode->next = phead;    phead->prev = newNode;}

2.6 void ListPopBack(ListNode* phead)

删除节点时,同单链表没有数据不允许删除!双向链表判断为空的条件就是:phead->next = phead或者phead->prev = prev,我们只需要暴力断言即可!尾删的时候有两种删除方式哈!

记录尾节点并且记录尾节点的前一个节点。这样做就比较方便的,删除和链接不需要有任何的顺序。

只记录尾节点,那么就需要有一定的顺序啦!假设找到的尾节点是tail,删除顺序:

1:tail->prev->next = phead。

2:phead->prev = tail->prev。

3:释放尾节点tail。

我个人是比较喜欢第一种的哈!

//双向链表的尾删void ListPopBack(ListNode* phead){    assert(phead);    //空链表不允许删除数据    assert(phead->next != phead);    //找到两个节点    ListNode* tail = phead->prev;    ListNode* pTail = tail->prev;    //链接    pTail->next = phead;    phead->prev = pTail;    //释放    free(tail);    tail = NULL;}

2.7 void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)

双向链表的头插也是比较简单的哈!也不需要考虑特殊情况!如果不理解可以画画图就能够理解啦!

//双向链表的头插void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x){    assert(phead);    ListNode* newNode = BuyNewNode(x);    //找到哨兵位的头结点的下一个节点    ListNode* next = phead->next;    //找到next节点就随便链接就行    phead->next = newNode;    newNode->next = next;    newNode->prev = phead;    next->prev = newNode;}

2.8 void ListPopFront(ListNode* phead)

双向链表真的挺简单的,哈哈,不懂的话就画画图。

//双链表的头删void ListPopFront(ListNode* phead){    assert(phead);    //链表没有数据不允许删除    assert(phead->next != phead);    //依然找到要删除的节点,以及他的下一个节点    ListNode* delNode = phead->next;    ListNode* next = delNode->next;    //找到这个节点之后随便链接就行    next->prev = phead;    phead->next = next;    free(delNode);    delNode = NULL;}

2.9 ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x)

查找的函数和单链表的一模一样,遍历链表找到data值相同的节点即可!这个函数主要是配合指定位置删除和插入的函数使用的!

//双链表的查找ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x){    asset(phead);    //用cur遍历链表    ListNode* cur = phead->next;    while (cur != phead)    {        if (cur->data == x)            return cur;        cur = cur->next;    }    //没找到返回空指针    return NULL;}

2.10 void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)

这个函数是在指定节点的位置之前插入一个新的节点哈,pos位置的节点通过LIstFind函数找到。我们只需要找到pos位置之前的那个节点,然后与newNode进行连接即可!当然不用找到pos的前一个节点也行的!

//双链表指定位置之前插入新节点void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x){    //如果ListFind函数返回的空指针,pos就是空指针,需要断言    assert(pos);    //开辟新节点    ListNode* newNode = BuyNewNode(x);    //找到前一个节点    ListNode* prev = pos->prev;    //连接    prev->next = newNode;    newNode->prev = prev;    newNode->next = pos;    pos->prev = newNode;}

2.11 void ListErase(ListNode* pos)

和指定位置之前的插入一样,ListErase函数也是需要ListFind函数配合使用的!我们只需要找到pos位置的前一个节点,后一个节点,然后连接即可!

//删除指定位置的节点void ListErase(ListNode* pos){    //如果ListFind函数返回的空指针是不允许删除的    assert(pos);    //找到前一个和后一个节点    ListNode* prev = pos->prev, * next = pos->next;    //链接    prev->next = next;    next->prev = prev;    //释放节点    free(pos);    pos = NULL;}

3. 一个小小的技巧

在我们有了指定位置之前插入和删除的函数之后!头插,头删,尾插,尾删都可以使用这两个函数来替代啦!

头插:就是在phead->next 位置之前插入。

头删:就是删除 phead->next位置的节点。

尾插:就是在phead的位置插入一个新节点。

尾删:就是删除phead->prev位置所在的节点。

有了这个小技巧20min手撕双向带头循环链表!

4. 顺序表链表总结

不同点

顺序表

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

缓存利用率


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