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带头双向循环链表

带头双向循环链表的结构是链表中最复杂的.一般用于单独存储数据

带头双向循环链表的结构如图

这个链表中的head为哨兵位,哨兵位只存储他前一个节点(尾节点)和后一个节点(头节点)的地址,不存储有效的数据,当链表没有节点的时候,哨兵位也必须存在,这种情况就是哨兵位的箭头都指向他自己

我们有了这个哨兵位节点后就可以轻松的实现尾插,不用像之前的单向链表一样,要遍历一遍找到尾节点后再实现尾插

带头双向循环链表的实现

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{struct ListNode* next;struct ListNode* prev;LTDataType val;
}LTNode;

next为指向后一个节点的指针,prev为指向前一个节点的指针,data为存储的有效数据

带头双向循环链表的功能实现

创造新节点LTNode* CreateLTNode(LTDataType x)

代码

LTNode* CreateLTNode(LTDataType x)
{LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");exit(-1);}newnode->val = x;newnode->next = NULL;newnode->prev = NULL;return newnode;
}

初始化链表LTNodeLTInit(LTNode phead)

初始化链表是让链表只有一个哨兵位，让哨兵位的next和prev都指向他自己，因为CreateLNode必须要传入一个值，所以我们固定传一个-1进去

代码

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

打印链表void LTPrint(LTNode* phead)

打印链表需要注意的一点就是我们应该怎么去判断结束，因为这个链表是循环链表，他不像单向不循环链表一样，当指针指向空时就结束停止打印

所以我们需要用到循环的这个特点，当我们循环完一遍后就可以停止打印

具体过程就是，我们定义一个cur指针指向phead->next(phead是哨兵位,没有有效数据,所以直接跳过),判断结束的条件是while(cur!=phead)(循环完一遍后回到哨兵位),每次循环让cur=cur->next

代码

void LTPrint(LTNode* phead)
{assert(phead);printf("哨兵位<->");LTNode* cur = phead->next;while (cur != phead){printf("%d<->", cur->val);cur = cur->next;}
}

链表尾插void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)

我们需要用tail指针指向尾节点,让尾节点的next指向newnode,并且让newnode的prev指向tail

然后就是让新的尾节点和head连接起来,我们就让newnode的next指向head,head的prev指向newnode,就实现了尾插

我们还需要注意,这个链表有没有空链表的情况,换句话来说就是实现这个函数时有没有必要assert(phead)

当链表为空时,就代表着这个链表没有任何节点(包括哨兵位),哨兵位是不可以为空的,即使链表没有有效数据,哨兵位也必须存在,所以我们需要保证传进来的phead是不可以为空

代码

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* tail = phead->prev;LTNode* newnode = CreateLTNode(x);tail->next = newnode;newnode->next = phead;newnode->prev = tail;phead->prev = newnode;
}

链表头插 void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)

代码

方法一

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* newnode = CreateLTNode(x);newnode->next = phead->next;phead->next->prev = newnode;phead->next = newnode;newnode->prev = phead;
}

方法二

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* newnode = CreateLTNode(x);LTNode* first = phead->next;phead->next = newnode;newnode->prev = phead;newnode->next = first;first->prev = newnode;
}

链表尾删 void LTPopBack(LTNode* phead)

尾插需要用一个指针tailprev保存尾节点的前一个地址,删除尾节点后让tailprev->next指向phead,再让phead->prev指向tailprev

我们需要注意当链表中只有一个哨兵位时,我们是不可以删除的,所以我们需要断言提醒

void LTPopBack(LTNode* phead)
{assert(phead);LTNode* tail = phead->prev;LTNode* tailprev = tail->prev;free(tail);tailprev->next = phead;phead->prev = tailprev;
}

链表头删void LTPopFront(LTNode* phead)

链表的头删有三个指针,phead=head,first=phead->next,second=first->next,删除链表时我们需要先让phead->next指向second.然后让second->prev指向phead,最后释放掉first,让first的prev和next都指向空,

这种方法也适用于链表中只有一个节点的情况
因为second为first->next,first->next是指向哨兵位,所以second也就指向哨兵位了


当链表只有一个哨兵位时,first和second都是phead,如果我们将first对空间释放掉的话,那就意味着phead的空间也会被释放,这样就会出现野指针,为了防止这样的情况出现,我们需要加一个断言assert(phead->!=phead)

代码

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

链表查找void LTFind(LTNode* phead)

代码

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* cur = phead->next;while (cur != phead){if (cur->val){return cur;}cur = cur->next;}return NULL;
}

在链表任意位置前插入void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)

要在双链表pos位置前插入,比较简单的一种做法就是设一个指针posprev,让posprev=pos->prev,之后的过程就如下图


注意pos可以等于phead,因为是双向循环链表,所以当pos=phead时,我们可以理解成尾插

代码

void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);LTNode* posPrev = pos->prev;LTNode* newnode = CreateLTNode(x);posPrev->next = newnode;newnode->prev = posPrev;newnode->next = pos;pos->prev = newnode;
}

在链表任意位置前删除void LTErase(LTNode* pos, LTNode* phead, LTDataType x)

删除的时候我们需要判断pos位置释放为哨兵位,其他的都和前面的差不多

代码

void LTErase(LTNode* pos, LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(pos);assert(pos != phead);LTNode* posNext = pos->next;LTNode* posPrev = pos->prev;posPrev->next = posNext;posNext->prev = posPrev;free(pos);pos = NULL;
}

链表销毁void LTDestory(LTNode* phead)

链表的销毁其实传入的参数应该为LTNode**phead,包括前面的链表删除,因为如果只是一级指针,那么这种情况就和我之前写的单链表(链表的尾插void SLPushBack(SLNode** pphead, SLNDataType x))这部分相似,但是用LTNode* phead当参数也是可以的，只不过需要用完函数后，在函数外面将指针变成空

代码

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

顺序表和链表的区别和联系

链表（双向）优势

1：任意位置插入删除时间复杂度O（1）
2：按需申请释放，合理利用空间
缺点
1：下标随机访问不方便时间复杂度为O（N）（像数组一样下标访问是不方便的）

顺序表问题

1：头部或者中间插入效率低，要挪动空间，时间复杂度为O（N）
2：空间不够需要扩容，且扩容有一定的消耗，可能存在一定的空间浪费
3：只适合尾插尾删
优点
1：支持下标随机访问，时间复杂度O（1）