【初阶数据结构】深入解析带头双向循环链表:探索底层逻辑

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简介: 【初阶数据结构】深入解析带头双向循环链表:探索底层逻辑

一、前文

链表的分类有很多种,只需要将无头单向非循环链表和带头双向循环链表掌握,也就理解了剩下链表构成和实现。带头双向循环链表,结构复杂,一般只用于单独存储数据。但是也由于结构,带来了很多的优势,从而复杂结构,反而简单低实现。

二、实现带头双向循环链表

2.1 认识头节点

头节点(哨兵位)是指链表里面第一个节点,它不存放任何信息或存储任何有效元素,起到"放哨"作用,作用是减少了对一个节点是否为空的判断。

对于之前实现的单链表是不带哨兵位的,但是称第一个节点为头节点是不规范的,但是那样方便学习中称呼。

2.2 链表中节点成员

首先节点的成员:有效带数值,前驱指针,后继指针

  • 前驱指针:以当前节点为参照物,向左就是前驱指针
  • 后继指针:以当前节点为参照物,向右就是后继指针
typedef int LTDataType;//处理不同的数据类型
typedef struct SLTlistNode
{
    LTDataType val;
    struct SLTlistNode* next;
    struct SLTlistNode* prev;
}SLNode;

2.3 创建双向循环链表的节点

SLNode* CreatNewNode(LTDataType x)
{
  SLNode* newnode = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));
  if (newnode == NULL)
  {
    perror("malloc fail!");
    return ;
  }
  newnode->next = newnode;
  newnode->prev = newnode;
  newnode->val = x;
  return newnode;
}

这里需要注意的是:跟实现单链表的节点,大体相同。但是需要前驱指针,后继指针都指向自己设计为一个闭环,在插入中这样子的设计有很好的优势

2.4 双向循环链表的插入节点

2.4.1 双向循环链表的尾插

void SLTPushBack(SLNode* head, LTDataType x)
{
  assert(head);
  
  SLNode* newnode = CreatNewNode(x);
  SLNode* tail = head->prev;//尾插,需要找到尾
  tail->next = newnode;
  newnode->prev = tail;
  head->prev = newnode;
  newnode->next = head;
}

这里需要注意的是:由于一开始哨兵位就是循环体,一开始创建指向尾的指针,也是指向自己,这种结构具有很好的优势,维持闭环的状态,在进行插入或删除操作时,提供了便利。当进行尾插时,需要找到尾,再进行尾插操作。

2.4.2 双向循环链表的头插

void SLTPushFront(SLNode* head, LTDataType x)//双向循环链表无空指针
{
  assert(head); 
  if (head->next==head)
  {
    SLTPushBack(head, x);
  }
  else
  {
    SLNode* newnode = CreatNewNode(x);
    SLNode* tail = head->prev;
    head->next = newnode;
    newnode->prev = head;
    newnode->next = tail;
    tail->prev = newnode;
  }
}

这里需要注意的是 : 头插是值第一个有效数据节点前面插入,不是在哨兵位前面进行插入。当只有哨兵位存在时,这里跟尾插操作是一样的,剩下跟单链表的任意位置插入差不多,主要是改变指针的指向

2.5 双向循环链表的删除节点

2.5.1 双向循环链表的尾删

void SLTPopBack(SLNode* head)//哨兵位不删
{
  assert(head);
  assert(head->next!=head);
  SLNode* tail = head->prev;
  SLNode* tailprev = tail->prev;
  tailprev->next = head;
  head->prev = tailprev;
  free(tail);
  tail = NULL;
}

这里需要注意的是:哨兵位不参与对节点进行操作时,对此不对哨兵位进行删除操作。由于循环体虽然没有空指针,但是可能会出现野指针现象。可以不置空free(tail),不对tail指向空间进行访问。

2.5.2 双向循环链表的头删

void SLTPopFront(SLNode* head)
{
    assert(head);
    SLNode* cur = head->next;
    SLNode* curnext = cur->next;
    if (head->next == head)
    {
        return 1;
    }
    else
    {
        head->next = curnext;
        curnext->prev = head;
        free(cur);
        cur = NULL;
    }
}

这里需要注意的是:哨兵位不参与对节点进行操作时,对此不对哨兵位进行删除操作。双向循环的优势在此体现出来了,只需在curcurnext位置上处理。

2.6 双向循环链表的查找

SLNode* SLFind(SLNode* head, LTDataType x)
{
    assert(head);
    SLNode* cur = head->next;
    while (cur!=head)
    {
        if (cur->val == x)
        {
            return cur;
        }
        cur = cur->next;
    }
    return NULL;
}

这里需要注意的是:当cur==head时,说明cur遍历完了链表。如果没有符合的值,则表示不存在;反之返回该位置的指针。

2.7 实现双向循环链表任意位置的插入和删除

2.7.1 任意位置插入

void SLInsert(SLNode* head, SLNode* pos,LTDataType x)//之前插入
{
    assert(head);
    SLNode* posprve = pos->prev;
    if (head->next == head)
    {
        SLTPushBack(head,x);
    }
    else
    {
        SLNode* newnode = CreateLTNode(x);
        posprve->next = newnode;
        newnode->prev = posprve;
        pos->prev = newnode;
        newnode->next = pos; 
    }
}

这里需要注意的是:当不存在有效数据时,默认是尾插操作。具体实现逻辑,知道posposprev的地址,再通过改变指针完成链接

2.7.2 任意位置删除

void SLEmpty(SLNode* head, SLNode* pos, LTDataType x)
{
    assert(pos != head);
    assert(head);
    SLNode* posprve = pos->prev;
    SLNode* frist = posprve->prev;
    if (cur->next == head)
    {
        SLTPopBack(head);
    }
    else
    {
        frist->next = pos;
        pos->prev = frist;
        free(posprve);
    }
}

这里需要注意的是:哨兵位不参与对节点进行操作时,对此不对哨兵位进行删除操作。只存在一个有效数据时,只进行尾删操作即可。对于三个指针的位置关系,满足pos在两个指针之间

以上就是双向循环链表的核心接口,接下来实现一些实用小接口,丰富我们的双向循环链表

2.8 双向循环链表的打印

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

##2.9 双向循环链表的销毁

void SLDestroy(SLNode* head)
{
    assert(head);
    SLNode* cur = head->next;
    //结束条件是什么,这里是无死角的-->先销毁哨兵位之外的空间
    while (cur!=head)
    {
        SLNode* curnext = cur->next;
        free(cur);
        cur = curnext;
    }
    free(head);
}

这里需要注意的是:先将除哨兵位之外的空间释放,最后在释放哨兵位

三、双向循环链表的好处

在实现过程中,我们清晰地知道,如果需要快速搭建一个链表,实现双向循环链表中任意插入、删除是很快的,这里利用到了结构特点




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