• 【数据结构与算法】带头双向循环链表


    前言

    带头双向循环链表:结构最复杂,一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构,都是带头双向循环链表。另外这个结构虽然结构复杂,但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势,实现反而简单了。
    现在我们来通过代码实现带头双向循环链表,结构上虽然是链表最复杂的,但是并没有我们想象的那么困难,恰恰相反,其代码实现比较简单,话不多说,开始我们今天的主题

    image-20220803110928018

    关于程序的三个部分前面已经说了很多次了,这里就不展开说明了,直接说一说我们要实现的功能:

    代码实现

    List.h

    #pragma once
    #include 
    #include 
    #include 
    #include 
    
    typedef int LTDataType;
    typedef struct ListNode
    {
    	struct ListNode* next;
    	struct ListNode* prev;
    	LTDataType data;
    }LTNode;
    
    LTNode* ListInit();
    
    void ListPrint(LTNode* phead);
    
    void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
    
    void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
    
    void ListPopBack(LTNode* phead);
    
    void ListPopFront(LTNode* phead);
    
    bool ListEmpty(LTNode*phead);
    
    size_t ListSize(LTNode*phead);
    
    LTNode* ListFind(LTNode* phead,LTDataType x);
    
    //在pos之前插入
    void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
    
    //删除pos位置
    void ListErase(LTNode* pos);
    
    void ListDestory(LTNode* phead);
    
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    List.c

    #include "List.h"
    
    LTNode* ListInit()
    {
    	LTNode* guard = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
    	if (guard == NULL)
    	{
    		perror("malloc fail");
    		exit(-1);
    	}
    	guard->next = guard;
    	guard->prev = guard;
    	return guard;
    }
    
    LTNode* BuyListNode(LTDataType x)
    {
    	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
    	if (node == NULL)
    	{
    		perror("malloc fail");
    		exit(-1);
    	}
    	node->next = NULL;
    	node->prev = NULL;
    	node->data = x;
    	return node;
    }
    
    
    void ListPrint(LTNode* phead)
    {
    	assert(phead);
    	printf("phead<=>");
    	LTNode* cur = phead->next;
    	while (cur != phead)
    	{
    		printf("%d<=>", cur->data);
    		cur = cur->next;
    	}
    	printf("\n");
    }
    
    void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
    {
    	assert(phead);
    	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
    	LTNode* tail = phead->prev;
    	tail->next = newnode;
    	newnode->prev = tail;
    	newnode->next = phead;
    	phead->prev = newnode;
    }
    
    
    void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
    {
    	assert(phead);
    	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
    	//考虑先后顺序
    	/*newnode->next = phead->next;
    	phead->next->prev = newnode;
    	phead->next = newnode;
    	newnode->prev = phead;*/
    	//记录下一位,就不用考虑顺序
    	LTNode* first = phead->next;
    	phead->next = newnode;
    	newnode->prev = phead;
    	newnode->next = first;
    	first->prev = newnode;
    }
    
    
    
    void ListPopBack(LTNode* phead)
    {
    	assert(phead);
    	assert(!ListEmpty(phead));
    
    	LTNode* tail = phead->prev;
    	LTNode* prev = tail->prev;
    	prev->next = phead;
    	phead->prev = prev;
    	free(tail);
    	tail = NULL;
    }
    
    void ListPopFront(LTNode* phead)
    {
    	assert(phead);
    	assert(!ListEmpty(phead));
    	LTNode* first = phead->next;
    	LTNode* second = first->next;
    
    	phead->next = second;
    	second->prev = phead;
    	free(first);
    	first = NULL;
    }
    
    
    bool ListEmpty(LTNode* phead)
    {
    	assert(phead);
    	return phead->next == phead;
    }
    
    size_t ListSize(LTNode*phead)
    {
    	assert(phead);
    	size_t n = 0;
    	LTNode* cur = phead->next;
    	while (cur != phead)
    	{
    		++n;
    		cur = cur->next;
    	}
    	return n;
    }
    
    LTNode* ListFind(LTNode* phead, int x)
    {
    	assert(phead);
    	size_t n = 0;
    	LTNode* cur = phead->next;
    	while (cur != phead)
    	{
    		if (cur->data == x)
    		{
    			return cur;
    		}
    	}
    	return NULL;
    }
    
    
    //在pos之前插入
    void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
    {
    	assert(pos);
    	LTNode* prev = pos->prev;
    	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
    
    	prev->next = newnode;
    	newnode->prev = prev;
    	newnode->next = pos;
    	pos->prev = newnode;
    }
    
    //删除pos位置
    void ListErase(LTNode* pos)
    {
    	assert(pos);
    	LTNode* prev = pos->prev;
    	LTNode* next = pos->next;
    
    	prev->next = next;
    	next->prev = prev;
    	free(pos);
    }
    
    //可以传二级,内部置空
    //一级指针外部置空
    void ListDestory(LTNode* phead)
    {
    	assert(phead);
    	LTNode* cur = phead->next;
    	while (cur != phead)
    	{
    		LTNode* next = cur->next;
    		free(cur);
    		cur = next;
    	}
    	free(phead);
    }
    
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    test.c

    #include "List.h"
    
    //测试尾插、头插、尾删、打印
    void TestList1()
    {
    	LTNode* plist = ListInit();
    	ListPushBack(plist, 1);
    	ListPushBack(plist, 2);
    	ListPushBack(plist, 3);
    	ListPushBack(plist, 4);
    	ListPrint(plist);
    
    	ListPushFront(plist, 10);
    	ListPushFront(plist, 20);
    	ListPushFront(plist, 30);
    	ListPushFront(plist, 40);
    	ListPrint(plist);
    
    	ListPopBack(plist);
    	ListPopBack(plist);
    	ListPopBack(plist);
    	ListPopBack(plist);
    	ListPrint(plist);
    
    	ListPopBack(plist);
    	ListPopBack(plist);
    	ListPopBack(plist);
    	ListPopBack(plist);
    	ListPrint(plist);
    
    	ListPopBack(plist);
    	ListPrint(plist);
    
    }
    
    //测试头删、销毁
    void TestList2()
    {
    	LTNode* plist = ListInit();
    	ListPushBack(plist, 1);
    	ListPushBack(plist, 2);
    	ListPushBack(plist, 3);
    	ListPushBack(plist, 4);
    	ListPrint(plist);
    
    	ListPopFront(plist);
    	ListPopFront(plist);
    	ListPrint(plist);
    	ListPopFront(plist);
    	ListPopFront(plist);
    	ListPrint(plist);
    
    	ListDestory(plist);
    	plist = NULL;
    }
    
    
    
    int main()
    {
    	//TestList1();
    	TestList2();
    	return 0;
    }
    
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    这里的函数测试并没有测试完全,可以自己动手去测试,就不在这里展开了哈。

    总结

    我们已经系统地学过了链表和顺序表,我们应该对比一下之间的差别:

    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

    缓存利用率参考存储体系结构 以及 局部原理性

    image-20220803112125075

    至此,我们结束了链表的学习🌹

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