新手向超好理解的带头双向循环链表

Posted 2022-12-09 燕麦冲冲冲

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• • 一、易错接口详解
  • • 1.1 链表初始化
    • 1.2 链表的销毁
    • 1.3 尾删
    • 1.4 在任意节点前插入
  • 二、简单接口实现
  • • 2.1 打印函数
    • 2.2 尾插
    • 2.3 头插
    • 2.4 尾删
    • 2.5 计算链表有效节点个数
    • 2.6 通过值查找节点
    • 2.7 对任意节点(头节点除外)删除
  • 三、头文件和相关定义

一、易错接口详解

1.1 链表初始化

初始化链表，即需要开辟一个头节点，这个头节点中的值没有意义，这个头节点的两个指针next和prev要指向自己。详情内容请跳转至第三大部分，即可查看结构体的定义。

第一步需要开辟相应的空间，于是封装一个创建新节点的函数BuyListNode。

static LTNode* BuyListNode(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;

加上static修饰，只会在该文件内被调用。

之后就调整这个新节点的next和prev指向头节点自己。

LTNode* ListInit()

	LTNode* phead = BuyListNode(0);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;
	return phead;

调用BuyListNode函数时参数为0，因为头节点中的值没有意义，所以可以随意赋值。

1.2 链表的销毁

调用这个接口通常是在程序结束前将内存释放，还给操作系统，避免内存泄漏。

因为是循环链表，所以可以无限制地走下去，所以控制何时停止释放是关键。

要考虑特殊情况，参数为空指针就直接断言报错。

若只有一个头节点（不含有效节点），那么就直接free掉头节点。

void ListDestroy(LTNode* phead)

	assert(phead);
    if (phead->next == NULL)
	
		free(phead);
		phead = NULL;
        return;
	
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	
		LTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = NULL;
		cur = next;
	
	free(cur);
	cur = NULL;

但是需要注意的是，调用该接口时，一般直接传入的是链表头节点地址（接口中对应的形参只是一份临时拷贝），而不是二级指针，这样会导致调用完这个接口后，该头节点指针变成野指针，即指向的空间已被释放，所以还需要调用者自己手动释放。这种情况可以类比free函数的调用。ListErase接口同理。

使用一级指针，外面用了以后，存在野指针的问题，但是他保持了接口的一致性。
用二级指针，解决了野指针问题。但从接口设计的角度，有点混乱。

1.3 尾删

尾删的调用必须保证链表中有不包括头节点的有效节点，同时头节点也不能为空。

判断链表是否为空的这个功能可以封装为一个函数。

尾删算法：尾节点的前一个节点的next指向头节点，头节点的prev指向尾节点的前一个节点，再free掉尾节点即可。

bool ListEmpty(LTNode* phead)

	assert(phead);
	return phead->next == phead;


void ListPopBack(LTNode* phead)

	assert(phead);
	assert(!ListEmpty(phead));
	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailPrev = tail->prev;
	free(tail);
	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;

1.4 在任意节点前插入

单向链表在任意节点后插入的效率更高，因为不用通过首节点找尾，但是缺点是不能头插（这里指的是无头的链表）。

而带头双向循环就可避免这个缺点，因为不管怎么插效率都高，所以采用在任意节点前插入。

算法：保留指定节点的前一个节点，记作prev，创建一个新节点newnode，更改指定节点pos、prev、newnode的指针指向即可。

void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x)

	assert(pos);
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* prev = pos->prev;
	prev->next = newnode;
	newnode->prev = prev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;

二、简单接口实现

2.1 打印函数

void ListPrint(LTNode* phead)

	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	
		printf("%d <=> ", cur->data);
		cur = cur->next;
	
	printf("\\n");

2.2 尾插

void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)

	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	phead->prev->next = newnode;
	newnode->prev = phead->prev;
	phead->prev = newnode;
	newnode->next = phead;

2.3 头插

void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)

	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* next = phead->next;
	phead->next = newnode;
	newnode->prev = phead;
	next->prev = newnode;
	newnode->next = next;

2.4 尾删

void ListPopFront(LTNode* phead)

	assert(phead);
	assert(!ListEmpty(phead));
	LTNode* fNode = phead->next;
	LTNode* next = fNode->next;
	free(fNode);
	fNode = NULL;
	phead->next = next;
	next->prev = phead;

2.5 计算链表有效节点个数

size_t ListSize(LTNode* phead)

	assert(phead);
	size_t count = 0;
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	
		count++;
		cur = cur->next;
	
	return count;

2.6 通过值查找节点

LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x)

	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	
		if (cur->data == x)
		
			return cur;
		
		cur = cur->next;
	
	return NULL;

2.7 对任意节点(头节点除外)删除

void ListErase(LTNode* pos)

	assert(pos);
	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* next = pos->next;
	free(pos);
	pos = NULL;
	prev->next = next;
	next->prev = prev;

三、头文件和相关定义

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
typedef int LTDataType;

typedef struct ListNode

	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	LTDataType data;
LTNode;

LTNode* ListInit();
void ListDestroy(LTNode* phead);
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);
void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
void ListErase(LTNode* pos);