数据结构：如何用C语言快速实现带头双向循环链表

Posted 2022-01-03 柠檬叶子C

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了数据结构：如何用C语言快速实现带头双向循环链表相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

（又名：带哨兵位双向循环链表、带头结点的双向循环链表）

前言：

我们在之前学双向带头循环链表时，结尾部分简单讲解了快速实现的方法。本篇博客将详细讲解如何迅速实现，通过思路草图的方法轻松写出带头双向循环链表，甚至都可以直接用注释画草图。本篇博客是对 "从零开始逐步实现带哨兵位循环双向链表" 的补充，之前在写那篇博客的时候不小心忘记实现销毁接口了，这里正好能进行一个补充。

🔗 链接：【数据结构】从零开始逐步实现带哨兵位循环双向链表

一、代码讲解

如果有人叫你快速实现一个链表，我们当然首选带头双向循环链表，因为他足够简单，虽然结构很复杂，但是就是因为结构复杂，反而让我们能够轻轻松松地实现。

我们只需要把插入和删除两个接口实现，就可以把链表的头插尾插头删尾删都搞定。直接复用插入和删除两个接口即可轻松搞定。再写一些链表常见的功能就可以大功告成了！

要实现的功能如下：

链表的初始化和销毁，链表的打印和查找，链表的插入和删除，头删尾插头插尾插。

0x00 定义链表

💬 创建 DList.h 文件：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

typedef int DListNodeDataType;
typedef struct DoubleListNode 
    DListNodeDataType data;  // 用来存放结点的数据
    struct DoubleListNode* next;  // 指向后继节点的指针
    struct DoubleListNode* prev;  // 指向前驱节点的指针
 DLNode;  // 重命名为DLNode

DLNode* DLNodeInit();
void DLNodeDestroy(DLNode* pHead);
void DLNodePrint(DLNode* pHead);
DLNode* DLNodeFind(DLNode* pHead, DListNodeDataType x);

void DLNodeInsert(DLNode* pos, DListNodeDataType x);
void DLNodeDelete(DLNode* pos);

void DLNodePushBack(DLNode* pHead, DListNodeDataType x);
void DLNodePushFront(DLNode* pHead, DListNodeDataType x);
void DLNodePopBack(DLNode* pHead);
void DLNodePopFront(DLNode* pHead);

0x01 初始化（DLNodeInit）

💬 创建 DList.c 文件：

#include "DList.h"

DLNode* DLNodeInit() 
    DLNode* pHead = (DLNode*)malloc(sizeof(DLNode)); // 创建哨兵位头结点
    pHead->next = pHead->prev = pHead; // 让next和prev一开始都默认指向pHead
    return pHead; // 将phead作为结果返回

🔑 解读：这里我们使用 malloc 函数开辟一块空间作为 "哨兵位" pHead ，next 和 prev 此时都应该指向 pHead 。最后再将 pHead 作为结果返回回去，外面就可以接收到了。

0x02 销毁（DLNodeDestroy）

💬 DList.c

void DLNodeDestroy(DLNode* pHead) 
    assert(pHead); // 防止pHead为空
    DLNode* cursor = pHead->next; // 因为pHead存的不是有效数据，所以要从pHead的下一个结点开始
    while (cursor != pHead)   // 碰到哨兵位说明遍历完一遍了
        DLNode* next = cursor->next;  // 记录，防止free掉后cursor动不了
        free(cursor);  // 释放 cursor 当前指向的结点
        cursor = next;  // 让cursor继续往后走
    
    free(pHead); // 干掉掉哨兵
    pHead = NULL; // 置空防野指针

🔑 解读：

① 这里创建一个叫 cursor 的指针，用来遍历整个链表。pHead 存的不是有效数据，所以要从pHead->next 开始。

② 让 cursor 遍历每一个结点，直到碰到 pHead 结束，因为碰到 pHead 说明已经遍历完一遍了。

③ 进入循环后，创建一个 next 指针，提前记录一下 cursor->next ，可以有效阻止 free 掉之后 cursor 动不了的情况。释放完 cursor 后，再将 next 交给 cursor 就能让 cursor 继续往后走了。

④ 最后释放掉哨兵位，再把它置为空即可。

0x02 打印（DLNodePrint）

💬 DList.c

void DLNodePrint(DLNode* pHead) 
    assert(pHead);
    DLNode* cursor = pHead->next; // 因为pHead存的不是有效数据，所以要从pHead的下一个结点开始
    while (cursor != pHead)   // 碰到哨兵位说明遍历完一遍了
        printf("%d", cursor->data); // 打印 cursor 当前指向的节点的数据
        cursor = cursor->next; // 让cursor继续往后走
    
    printf("\\n"); // 换行

🔑 解读：创建 cursor 指针遍历整个链表来打印数据。比较简单，这里就不过多赘述了。

0x03 查找（DLNodeFind）

💬 DList.c

DLNode* DLNodeFind(DLNode* pHead, DListNodeDataType x) 
    assert(pHead != NULL);
    DLNode* cursor = pHead->next;
    while (cursor != NULL) 
        if (cursor->data == x) 
            return cursor;    
         else 
            cursor = cursor->next;
        
    
    return NULL;

🔑 解读：创建 cursor 指针，将 cursor->data 和 x 比较即可。

0x04 插入（DLNodeInsert）

📚 默认为 pos 位置前插入，既然是插入，我们先写好创建新结点的接口：

创建新结点（CreateNewNode）

DLNode* CreateNewNode(DListNodeDataType x) 
    DLNode* new_node = (DLNode*)malloc(sizeof(DLNode)); // 创建新结点，给一块DLNode大小的空间
    if(new_node == NULL)   // 检查malloc
        printf("malloc failed!\\n");
        exit(-1);
    
    new_node->data = x;  // 放置数据
    new_node->next = new_node->prev = NULL;  // 默认置为空
    return new_node;

💬 DList.c

void DLNodeInsert(DLNode* pos, DListNodeDataType x) 
    // 思路草图： posPrev <->  new_node(待插目标) <->  pos
    assert(pos);
    DLNode* new_node = CreateNewNode(x); // 创建新节点
    DLNode* posPrev = pos->prev; // 创建pos的前驱指针
    // 把它们相互链接起来
    posPrev->next = new_node;
    new_node->prev = posPrev;
    new_node->next = pos;
    pos->prev = new_node;

🔑 解读：

① 首先创建新节点。因为是在 pos 位置之前插入。为了方便，我们先标出 pos 的前驱指针 posPrev，随后我们画出草图：

思路草图： posPrev <-> new_node(待插目标) <-> pos

这么一画，思路立马就清楚了，我们就可以轻轻松松把思路转换成代码：

② 将 posPrev 与 new_node 相互链接起来：

posPrev->next = new_node;
new_node->prev = posPrev;

③ 将 new_node 与 pos 相互链接起来：

new_node->next = pos;
pos->prev = new_node;

0x05 删除（DLNodeDelete）

📚 删除默认是删除 pos 位置的节点。

💬 DList.c

void DLNodeDelete(DLNode* pos) 
    // 思路草图：  posPrev   pos(待删目标）   posNext
    //               ↓_________________________↑
    assert(pos);
    DLNode* posPrev = pos->prev;
    DLNode* posNext = pos->next;
    // 把他们互相缝合起来
    posPrev->next = posNext; 
    posNext->prev = posPrev;
    // 删除pos位置的结点（释放并置空）
    free(pos);
    pos = NULL;

① 既然要删除 pos 位置的节点，我们先标出 pos 的前驱指针 posPrev 和 pos 的后继指针 posNext ，随后我们画出草图：

思路草图： posPrev pos(待删目标） posNext

↓_______________ ______↑

因为 pos 要被删掉了，我们需要把 posPrev 和 posNext 位置的两个节点互相缝合起来：

posPrev->next = posNext; 
posNext->prev = posPrev;

② 最后删除 pos 位置的结点，释放并置空。

0x06 尾插头插 / 尾删头删

📚 插入和删除都写好了，头插尾插和头删尾删直接复用就能轻松解决！

💬 DList.c

尾插（DLNodePushBack）

void DLNodePushBack(DLNode* pHead, DListNodeDataType x) 
    // 思路草图：  pHead   ...   end  (x)
    //            posPrev(end) <->  new_node(待插目标) <->  pos(pHead)
    assert(pHead);
    DLNodeInsert(pHead, x);

🔑 解读：直接调用插入接口即可。因为尾插要找到最后一个结点，所以我们传入 pHead 让它作为 pos，这样就能找到 posPrev，posPrev 就是最后一个节点。思路草图如下：

pHead ... end (x)

posPrev(end) <-> new_node(待插目标) <-> pos(pHead)

头插（DLNodePushFront）

void DLNodePushFront(DLNode* pHead, DListNodeDataType x) 
    // 思路草图：  pHead     pHeadNext
    //            posPrev(pHead) <->  new_node(待插目标) <->  pos(pHeadNext)
    assert(pHead);
    DLNodeInsert(pHead->next, x);

🔑 解读：因为头结点是哨兵位，存得不是有效数据，所以它的头插要在哨兵位后面（即第一个有效数据前）。思路草图如下：

pHead pHeadNext

posPrev(pHead) <-> new_node(待插目标) <-> pos(pHeadNext)

尾删（DLNodePopBack）

void DLNodePopBack(DLNode* pHead) 
    // 思路草图： pHead ... pos
    // 思路草图：  posPrev(endPrev)   pos(end / 待删目标）   posNext(pHead)
    //               ↓__________________________________________↑
    assert(pHead);
    DLNodeDelete(pHead->prev);

🔑 解读：尾删，默认删除的是 pos 位置的结点。所以我们直接传入要删除的结点即可。找到最后一个结点很简单，直接 pHead->prev 就是最后一个节点了，这就是结构的优势（而不像普通单链表要遍历链表找到尾指针）。思路草图如下：

pHead ... pos

posPrev(endPrev) pos(end / 待删目标） posNext(pHead)

↓_____________________________________↑

头删（DLNodePopFront）

void DLNodePopFront(DLNode* pHead) 
    // 思路草图： pHead  pos
    // 思路草图：  posPrev(pHead)   pos(pHead->next / 待删目标）   posNext(pHead->next->next)
    //               ↓_______________________________________________↑
    assert(pHead);
    DLNodeDelete(pHead->next);

🔑 解读：头删，删除第一个有效节点，传入 pHead->next 即可。思路草图如下：

pHead pos

posPrev(pHead) pos(pHead->next / 待删目标） posNext(pHead->next->next)

↓________________________________________↑

二、完整代码

💬 DList.h

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

typedef int DListNodeDataType;
typedef struct DoubleListNode 
    DListNodeDataType data;  // 用来存放结点的数据
    struct DoubleListNode* next;  // 指向后继节点的指针
    struct DoubleListNode* prev;  // 指向前驱节点的指针
 DLNode;  // 重命名为DLNode

DLNode* DLNodeInit();
void DLNodeDestroy(DLNode* pHead);
void DLNodePrint(DLNode* pHead);
DLNode* DLNodeFind(DLNode* pHead, DListNodeDataType x);

void DLNodeInsert(DLNode* pos, DListNodeDataType x);
void DLNodeDelete(DLNode* pos);

void DLNodePushBack(DLNode* pHead, DListNodeDataType x);
void DLNodePushFront(DLNode* pHead, DListNodeDataType x);
void DLNodePopBack(DLNode* pHead);
void DLNodePopFront(DLNode* pHead);

💬 DList.c

#include "DList.h"

DLNode* DLNodeInit() 
    DLNode* pHead = (DLNode*)malloc(sizeof(DLNode)); // 创建哨兵位头结点
    pHead->next = pHead->prev = pHead; // 让next和prev一开始都默认指向pHead
    return pHead; // 将phead作为结果返回


void DLNodeDestroy(DLNode* pHead) 
    assert(pHead); // 防止pHead为空
    DLNode* cursor = pHead->next; // 因为pHead存的不是有效数据，所以要从pHead的下一个结点开始
    while (cursor != pHead)   // 碰到哨兵位说明遍历完一遍了
        DLNode* next = cursor->next;  // 记录，防止free掉后cursor动不了
        free(cursor);  // 释放 cursor 当前指向的结点
        cursor = next;  // 让cursor继续往后走
    
    free(pHead); // 干掉掉哨兵
    pHead = NULL; // 置空防野指针


void DLNodePrint(DLNode* pHead) 
    assert(pHead);
    DLNode* cursor = pHead->next; // 因为pHead存的不是有效数据，所以要从pHead的下一个结点开始
    while (cursor != pHead)   // 碰到哨兵位说明遍历完一遍了
        printf("%d", cursor->data); // 打印 cursor 当前指向的节点的数据
        cursor = cursor->next; // 让cursor继续往后走
    
    printf("\\n"); // 换行


DLNode* DLNodeFind(DLNode* pHead, DListNodeDataType x) 
    assert(pHead != NULL);
    DLNode* cursor = pHead->next;
    while (cursor != NULL) 
        if (cursor->data == x) 
            return cursor;    
         else 
            cursor = cursor->next;
        
    
    return NULL;


DLNode* CreateNewNode(DListNodeDataType x) 
    DLNode* new_node = (DLNode*)malloc(sizeof(DLNode)); // 创建新结点，给一块DLNode大小的空间
    if(new_node == NULL)   // 检查malloc
        printf("malloc failed!\\n");
        exit(-1);
    
    new_node->data = x;  // 放置数据
    new_node->next = new_node->prev = NULL;  // 默认置为空
    return new_node;


void DLNodeInsert(DLNode* pos, DListNodeDataType x) 
    // 思路草图： posPrev <->  new_node(待插目标) <->  pos
    assert(pos);
    DLNode* new_node = CreateNewNode(x); // 创建新节点
    DLNode* posPrev = pos->prev; // 创建pos的前驱指针
    // 把它们相互链接起来
    posPrev->next = new_node;
    new_node->prev = posPrev;
    new_node->next = pos;
    pos->prev = new_node;


void DLNodeDelete(DLNode* pos) 
    // 思路草图：  posPrev   pos(待删目标）   posNext
    //               ↓_________________________↑
    assert(pos);
    DLNode* posPrev = pos->prev;
    DLNode* posNext = pos->next;
    // 把他们互相缝合起来
    posPrev->next = posNext; 
    posNext->prev = posPrev;
    // 删除pos位置的结点（释放并置空）
    free(pos);
    pos = NULL;


void DLNodePushBack(DLNode* pHead, DListNodeDataType x) 
    // 思路草图：  pHead   ...   end  (x)
    //            posPrev(end) <->  new_node(待插目标) <->  pos(pHead)
    assert(pHead);
    DLNodeInsert(pHead, x);


void DLNodePushFront(DLNode* pHead, DListNodeDataType x) 
    // 思路草图：  pHead     pHeadNext
    //            posPrev(pHead) <->  new_node(待插目标) <->  pos(pHeadNext)
    assert(pHead);
    DLNodeInsert(pHead->next, x);


void DLNodePopBack(DLNode* pHead) 
    // 思路草图： pHead ... pos
    // 思路草图：  posPrev(endPrev)   pos(end / 待删目标）   posNext(pHead)
    //               ↓__________________________________________↑
    assert(pHead);
    DLNodeDelete(pHead->prev);


void DLNodePopFront(DLNode* pHead) 
    // 思路草图： pHead  pos
    // 思路草图：  posPrev(pHead)   pos(pHead->next / 待删目标）   posNext(pHead->next->next)
    //               ↓_______________________________________________↑
    assert(pHead);
    DLNodeDelete(pHead->next);

参考资料：

Microsoft. MSDN(Microsoft Developer Network)[EB/OL]. []. .

百度百科[EB/OL]. []. https://baike.baidu.com/.

声明：本章的 DoubleListNode 源代码参考自C++的STL库