C语言数据结构中双向带头循环链表怎么实现

这篇文章主要讲解了"C语言数据结构中双向带头循环链表怎么实现"，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习"C语言数据结构中双向带头循环链表怎么实现"吧！

一、概念

来画张图总体回顾下：

在我们学习的链表中，其实总共有8种，都是单双向和带不带头以及带不带环的任意组合

今儿要学习的是双向 - 带头 - 循环链表，听名字就觉着结构很复杂，要比曾经学的单向 - 不带头 - 不循环 链表的结构复杂的多 ，确实也是。先来画张图整体感受下：

解释：

• 双向：就要确保每个数据存两个指针next和prev。next指向下一个节点，prev指向上一个节点

• 带头：带一个哨兵位的头节点在数据的最前头。

• 循环：尾节点的next指向哨兵位头节点，而哨兵位的上一个节点prev指向尾节点，构成循环。

正文开始：

二、必备工作

2.1、创建双向链表结构

因为是双向链表，所以在结构体里头必然有两个指针，一个next指向下一个节点，一个prev指向上一个节点。

List.h 文件：

//创建双向链表结构typedef int LTDataType;   //方便后续更改数据类型，本文以int整型为主typedef struct ListNode{        LTDataType data; //存储数据        struct ListNode* next; //指向下一个        struct ListNode* prev; //指向上一个}LTNode; //方便后续使用，不需要重复些struct

2.2、初始化链表

思路：

在初始化的时候要传地址，因为形参的改变不会影响实参，pphead的改变不会影响pList，要传pList的地址，用**pphead来接收，此时就要assert断言了，因为二级指针地址不可能位空。因为是双向循环链表，所以要将创建好的哨兵位节点的next和prev均指向自己。

List.h 文件：（1）

//初始化链表（二级指针版）void ListInit(LTNode* pphead);

List.c 文件：（1）

//初始化链表（二级指针版）void ListInit(LTNode** pphead){        //传二级指针，那么当然要断言        assert(pphead);        *pphead = BuyLTNode(0);//因为是带哨兵位的头节点，所以一开始就要给一个节点        //为了循环，要让哨兵位的next和prev均指向自己        (*pphead)->next = *pphead; //注意优先级，*pphead要加括号        (*pphead)->prev = *pphead;}

注意：

上一种方法我们传的是二级指针，那么可以传一级指针吗，其实也是可以的，只需写个函数返回指针即可

List.h 文件：（2）

//初始化链表（一级指针版本）LTNode* ListInit();

List.c 文件：（2）

//初始化链表（一级指针版）LTNode* ListInit(){        LTNode* phead = BuyLTNode(0);        phead->next = phead;        phead->prev = phead;        return phead;}

2.3、动态申请节点

List.c 文件：

//创建新节点LTNode* BuyLTNode(LTDataType x){        LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));        if (newnode == NULL)        {                printf("malloc fail\n");                exit(-1);        }        newnode->data = x;        newnode->next = NULL;        newnode->prev = NULL;        return newnode; //返回新创建的节点}

2.4、打印链表

思路：

既然是打印，首先要搞明白一点，哨兵位不用来存放有效数据，那么就不需要打印，定义一个cur指针来迭代，那么应该从phead的next开始打印，当cur走完一遍，重又回到phead的时候停止

List.h 文件：

//打印链表void ListPrint(LTNode* phead);

List.c 文件：

//打印链表void ListPrint(LTNode* phead){        assert(phead);//断言        LTNode* cur = phead->next;        while (cur != phead)        {                printf("%d ", cur->data);                cur = cur->next;        }        printf("\n");}

2.5、销毁链表

思路：

既然是销毁链表了，那么自然是要把链表的所有元素包括哨兵位都给销毁掉，但毕竟刚开始传phead的时候是不能为空的，所以要断言，在把所有有效数据销毁后最后再销毁哨兵位即可。

法一：遍历

定义一个指针cur，从phead的next第一个有效数据开始free，保存下一个，再free，依次遍历下去

法二：附用ListErase函数

此法也可以，不过每次Erase完，都会把前后两个节点再链接起来，虽说最后都会销毁，但duck不必多此一举，所有直接采用法一比较好

List.h 文件：

//销毁链表void ListDestory(LTNode* phead);

List.c 文件：

//销毁链表void ListDestory(LTNode* phead){        assert(phead);        LTNode* cur = phead->next;        //销毁从第一个节点到尾部的数据        while (cur != phead)        {                LTNode* next = cur->next;                //ListErase(cur);                free(cur);                cur = next;        }        //置空哨兵位节点phead        free(phead);        phead = NULL;}

Test.c 文件：

void TestList7(){        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数字        }        ListPrint(pList);//打印        //销毁链表        ListDestory(pList);        pList = NULL;}

三、主要功能

3.1、在pos节点前插入数据

思路：

假设我们已经进行了尾插4个数字，现在想在数字3的前面插入30，那么首先就要查找有无数字3，若有，则插入。注意：这里需要用到后文才讲到的查找函数，这里直接引用了，详解看后文即可，问题不大！

首先，将30放到新创建的节点newnode里头，为了实现双向，要先把3的前一个数据2的next指向新节点newnode，把newnode的prev指向2，newnode的next指向3，3的prev指向newnode。

List.h 文件：

//在pos前插入数据void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x);

List.c 文件：

//在pos前插入数据void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x){        assert(pos);        //创建插入数据的新节点        LTNode* newnode = BuyLTNode(x);        //链接左侧        pos->prev->next = newnode;        newnode->prev = pos->prev;        //链接右侧        newnode->next = pos;        pos->prev = newnode;}

Test.c 文件：

void TestList3(){        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数据        }        ListPrint(pList);//打印尾插的7个        //寻找数字        LTNode* pos = ListFind(pList, 3);        if (pos)        {                ListInsert(pos, 30); //找到数字3就插入        }        ListPrint(pList);//打印}

效果如下：

尾插

思路：

首先，因为此链表是带哨兵位的头节点，所以头节点必然不为空，刚开始就要assert断言。其次，单链表尾插需要找尾，双向链表虽然也需要，不过非常简单，不需要再遍历链表了，因为哨兵位头节点的phead的上一个节点指向的就是尾，这就充分体现了双向循环的好处，找到了尾节点就需要再创建一个节点存储插入数据，方便尾插。

List.h 文件：

//尾插void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);

List.c 文件：1.0

//尾插1.0void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x){        assert(phead); //断言，防止头节点为空        LTNode* tail = phead->prev; //找到尾节点，便于后续插入数据        LTNode* newnode = BuyLTNode(x);//创建新节点        //将此新插入的尾节点与上一个节点链接起来        tail->next = newnode;        newnode->prev = tail;        //将尾节点与哨兵位phead链接起来构成循环        newnode->next = phead;        phead->prev = newnode;}

Test.c 文件：

void TestList1(){        //初始化（法一）        /*LTNode* pList = NULL;        ListInit(&pList);*/        //初始化（法二）        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数据        }        ListPrint(pList);//打印尾插的7个}

效果如下：

注意：

在上文中，我们学习了在pos前插入数据，那么设想一下，当pos就等于phead的时候，它（phead）的前不就是链表的尾部吗，那么理所应当，尾插也可以这样完成：

List.c 文件：2.0

//尾插2.0void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x){        assert(phead);         ListInsert(phead, x);}

头插

思路：

前面我们已经学习了在pos前插入数据，那么头插的实现就尤为简单了，当pos为原第一个数据phead->next时，此时就是在其之前插入数据，那么实现的不久是头插吗，如下：

List.h 文件：

//头插void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);

List.c 文件：

//头插void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x){        assert(phead);        ListInsert(phead->next, x);}

Test.c 文件：

void TestList4(){        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数字        }        ListPrint(pList);//打印        for (int i = -2; i <= 0; i++)        {                ListPushFront(pList, i); //头插3个数字        }        ListPrint(pList);//打印}

效果如下：

3.2、删除pos处节点数据

思路：

删除pos处数据其实也很简单，有点类似于把pos处直接忽略的思想，或者说是绕过去。首先，需要找到pos的上一个节点prev和下一个节点next，将prev和next互相链接即可，直接跳过了pos，这样就实现了删除pos处节点的数据，记得把pos处给free释放掉。这里我们以pos为2示例：

List.h 文件：

//删除pos处数据void ListErase(LTNode* pos);

List.c 文件：

//删除pos处数据void ListErase(LTNode* pos){        assert(pos);        //定义两个指针保存pos两边的节点        LTNode* prev = pos->prev;        LTNode* next = pos->next;        //将prev和next链接起来        prev->next = next;        next->prev = prev;        //free释放        free(pos);        pos = NULL;}

Test.c 文件：

void TestList5(){        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数据        }        ListPrint(pList);//打印尾插的7个        //寻找数字        LTNode* pos = ListFind(pList, 3);        if (pos)        {                ListErase(pos); //删除pos处数据                pos = NULL; //形参的改变不会影响实参，最好在这置空pos        }        ListPrint(pList);//打印}

效果如下：

尾删

思路：

双向循环链表的特点将再次得以体现，根据其特性，我们知道phead的prev指向尾节点，用tail指针保存，再定义一个指针tailPrev指向tail的prev，现仅需将tailPrev的next指向哨兵位节点phead，再把哨兵位phead的prev重新置成tailPrev即可，但是别忘记把删掉的尾节点给释放掉，得free(tail)。记得要断言链表不能为空，因为不能删除哨兵位节点。

List.H 文件：

//尾删void ListPopBack(LTNode* phead);

List.c 文件：1.0

//尾删void ListPopBack(LTNode* phead){        assert(phead);//本身就有哨兵位，不能为空，要断言        assert(phead->next != phead); //防止链表为空，导致删除哨兵位节点        LTNode* tail = phead->prev;        LTNode* tailPrev = tail->prev;        //释放尾节点        free(tail);        tail = NULL;        //将链表循环起来        tailPrev->next = phead;        phead->prev = tailPrev;}

Test.c 文件：

void TestList2(){        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数据        }        ListPrint(pList);//打印尾插的7个        //尾删两次        ListPopBack(pList);        ListPopBack(pList);        ListPrint(pList);//再次打印}

效果如下：

注意：

前文我们已经学了删除pos处节点的数据，那么当pos为phead->prev时，删除的是不是就是尾节点，所以，尾删理所应当可以这样写：

List.c 文件：2.0

//尾删void ListPopBack(LTNode* phead){        assert(phead);//本身就有哨兵位，不能为空，要断言        assert(phead->next != phead); //防止链表为空，导致删除哨兵位节点        ListErase(phead->prev);}

头删

思路：

有了上文之鉴，我们可以直接利用前面写的删除pos处数据的函数来完成，当pos为phead->prev时，pos的位置就是尾，此时删除的就是尾。当然还得注意一点，需要额外assert断言防止删除的数据为哨兵位的节点。

List.h 文件：

//头删void ListPopFront(LTNode* phead);

List.c 文件：

//头删void ListPopFront(LTNode* phead){        assert(phead);        assert(phead->next != phead); //防止删除哨兵位节点        ListErase(phead->next);}

Test.c 文件：

void TestList6(){        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数字        }        ListPrint(pList);//打印        //头插3个数字        ListPushFront(pList, 0);        ListPushFront(pList, -1);        ListPushFront(pList, -2);        ListPrint(pList);//打印        //尾删3个数字        ListPopBack(pList);        ListPopBack(pList);        ListPopBack(pList);        ListPrint(pList);//打印        //头删3个数字        ListPopFront(pList);        ListPopFront(pList);        ListPopFront(pList);        ListPrint(pList);//打印}

效果如下：

3.3、查找数据

思路：

查找数据其实也比较简单，首先，定义一个指针cur指向哨兵位phead的next，依次遍历cur看cur->data是否为查找的数据x，如果是，则返回cur，否则继续（cur=cur->next），若找不到则返回NULL。

List.h 文件：

//链表查找LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x);

List.c 文件：

//链表查找LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x){        assert(phead);        LTNode* cur = phead->next;        while (cur != phead)        {                if (cur->data == x)                {                        return cur; //找到就返回cur                }                cur = cur->next;        }        return NULL; //找不到就返回空}

四、总代码

List.h 文件

#pragma once#include#include#include//创建双向链表结构typedef int LTDataType;   //方便后续更改数据类型，本文以int整型为主typedef struct ListNode{        LTDataType data; //存储数据        struct ListNode* next; //指向下一个        struct ListNode* prev; //指向上一个}LTNode; //方便后续使用，不需要重复些struct //初始化链表（二级指针版本）/*void ListInit(LTNode** pphead);*///初始化链表（一级指针版本）LTNode* ListInit(); //打印链表void ListPrint(LTNode* phead);//链表查找LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x);//销毁链表void ListDestory(LTNode* phead); //尾插void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);//尾删void ListPopBack(LTNode* phead);//头插void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);//头删void ListPopFront(LTNode* phead); //在pos前插入数据void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x);//删除pos处数据void ListErase(LTNode* pos);

List.c 文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include"List.h"//创建新节点LTNode* BuyLTNode(LTDataType x){        LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));        if (newnode == NULL)        {                printf("malloc fail\n");                exit(-1);        }        newnode->data = x;        newnode->next = NULL;        newnode->prev = NULL;        return newnode; //返回新创建的节点}//初始化链表（二级指针版）/*void ListInit(LTNode** pphead){        //传二级指针，那么当然要断言        assert(pphead);        *pphead = BuyLTNode(0);//因为是带哨兵位的头节点，所以一开始就要给一个节点        //为了循环，要让哨兵位的next和prev均指向自己        (*pphead)->next = *pphead; //注意优先级，*pphead要加括号        (*pphead)->prev = *pphead;}*///初始化链表（一级指针版）LTNode* ListInit(){        LTNode* phead = BuyLTNode(0);        phead->next = phead;        phead->prev = phead;        return phead;} //打印链表void ListPrint(LTNode* phead){        assert(phead);//断言        LTNode* cur = phead->next;        while (cur != phead)        {                printf("%d ", cur->data);                cur = cur->next;        }        printf("\n");}//链表查找LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x){        assert(phead);        LTNode* cur = phead->next;        while (cur != phead)        {                if (cur->data == x)                {                        return cur; //找到就返回cur                }                cur = cur->next;        }        return NULL; //找不到就返回空}//销毁链表void ListDestory(LTNode* phead){        assert(phead);        LTNode* cur = phead->next;        //销毁从第一个节点到尾部的数据        while (cur != phead)        {                LTNode* next = cur->next;                //ListErase(cur);                free(cur);                cur = next;        }        //置空哨兵位节点phead        free(phead);        phead = NULL;} //尾插void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x){        assert(phead); //断言，防止头节点为空        /*        法一：        LTNode* tail = phead->prev; //找到尾节点，便于后续插入数据        LTNode* newnode = BuyLTNode(x);//创建新节点        //将此新插入的尾节点与上一个节点链接起来        tail->next = newnode;        newnode->prev = tail;        //将尾节点与哨兵位phead链接起来构成循环        newnode->next = phead;        phead->prev = newnode;        */        //法二：        ListInsert(phead, x);}//尾删void ListPopBack(LTNode* phead){        assert(phead);//本身就有哨兵位，不能为空，要断言        assert(phead->next != phead); //防止链表为空，导致删除哨兵位节点        /*        法一：        LTNode* tail = phead->prev;        LTNode* tailPrev = tail->prev;        //释放尾节点        free(tail);        tail = NULL;        //将链表循环起来        tailPrev->next = phead;        phead->prev = tailPrev;        */        //法二：        ListErase(phead->prev);} //头插void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x){        assert(phead);        ListInsert(phead->next, x);}//头删void ListPopFront(LTNode* phead){        assert(phead);        assert(phead->next != phead); //防止删除哨兵位节点        ListErase(phead->next);} //在pos前插入数据void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x){        assert(pos);        //创建插入数据的新节点        LTNode* newnode = BuyLTNode(x);        //链接左侧        pos->prev->next = newnode;        newnode->prev = pos->prev;        //链接右侧        newnode->next = pos;        pos->prev = newnode;}//删除pos处数据void ListErase(LTNode* pos){        assert(pos);        //定义两个指针保存pos两边的节点        LTNode* prev = pos->prev;        LTNode* next = pos->next;        //将prev和next链接起来        prev->next = next;        next->prev = prev;        //free释放        free(pos);        pos = NULL;}

Test.c 文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include"List.h"void TestList1(){        //初始化（法一）        /*LTNode* pList = NULL;        ListInit(&pList);*/        //初始化（法二）        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数据        }        ListPrint(pList);//打印尾插的7个} void TestList2(){        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数据        }        ListPrint(pList);//打印尾插的7个        //尾删两次        ListPopBack(pList);        ListPopBack(pList);        ListPrint(pList);//再次打印} void TestList3(){        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数据        }        ListPrint(pList);//打印尾插的7个        //寻找数字        LTNode* pos = ListFind(pList, 3);        if (pos)        {                ListInsert(pos, 30); //找到数字3就插入        }        ListPrint(pList);//打印} void TestList4(){        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数字        }        ListPrint(pList);//打印        for (int i = -2; i <= 0; i++)        {                ListPushFront(pList, i); //头插3个数字        }        ListPrint(pList);//打印} void TestList5(){        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数据        }        ListPrint(pList);//打印尾插的7个        //寻找数字        LTNode* pos = ListFind(pList, 3);        if (pos)        {                ListErase(pos); //删除pos处数据                pos = NULL; //形参的改变不会影响实参，最好在这置空pos        }        ListPrint(pList);//打印} void TestList6(){        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数字        }        ListPrint(pList);//打印        //头插3个数字        ListPushFront(pList, 0);        ListPushFront(pList, -1);        ListPushFront(pList, -2);        ListPrint(pList);//打印        //尾删3个数字        ListPopBack(pList);        ListPopBack(pList);        ListPopBack(pList);        ListPrint(pList);//打印        //头删3个数字        ListPopFront(pList);        ListPopFront(pList);        ListPopFront(pList);        ListPrint(pList);//打印        //销毁链表        ListDestory(pList);        pList = NULL;} void TestList7(){        LTNode* pList = ListInit();        for (int i = 1; i <= 7; i++)        {                ListPushBack(pList, i); //尾插7个数字        }        ListPrint(pList);//打印        //销毁链表        ListDestory(pList);        pList = NULL;}int main(){        //TestList1();        //TestList2();        //TestList3();        //TestList4();        //TestList5();        //TestList6();        TestList7();        return 0;}

五、拓展

对比顺序表和链表

优缺点对比：

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