数据结构与算法学习 (04)双向链表和双向循环列表

作者: 暱稱已被使用 | 来源:发表于2020-04-07 18:39 被阅读0次

1双向链表
单链表只能从头结点开始访问链表中的数据元素，如果需要逆序访问单链表中的数据元素将极其低效。
双链表是链表的一种，由节点组成，每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。
双链表（双向链表）：双链表和单链表相比，多了一个指向尾指针（tail），双链表的每个结点都有一个头指针head和尾指针tail,双链表相比单链表更容易操作，双链表结点的首结点的head指向为null，tail指向下一个节点的tail;尾结点的head指向前一个结点的head，tail 指向为null，是双向的关系；

指针域 prior：用于指向当前节点的直接前驱节点；
数据域 data：用于存储数据元素。
指针域 next：用于指向当前节点的直接后继节点；
双向链表的结构如图

增加头节点便于首元节点处理
1.1双向链表实现
定义变量

#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define OK 1

#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status;/* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */
typedef int ElemType;/* ElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */

//定义结点
typedef struct Node{
    ElemType data;
    struct Node *prior;
    struct Node *next;
}Node;

typedef struct Node * LinkList;

2创建双向链表

Status createLinkList(LinkList *L){
    
    //*L 指向头结点
    *L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
    if (*L == NULL) return ERROR;
    
    (*L)->prior = NULL;
    (*L)->next = NULL;
    (*L)->data = -1;
    
    //新增数据
    LinkList p = *L;
    for(int i=0; i < 10;i++){
        
        //1.创建1个临时的结点
        LinkList temp = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
        temp->prior = NULL;
        temp->next = NULL;
        temp->data = I;
        
        //2.为新增的结点建立双向链表关系
        //① temp 是p的后继
        p->next = temp;
        //② temp 的前驱是p
        temp->prior = p;
        //③ p 要记录最后的结点的位置,方便下一次插入
        p = p->next;
        
    }
    
    return OK;
}

3.打印循环链表的元素

void display(LinkList L){
    
    LinkList temp = L->next;
    
    if(temp == NULL){
        printf("打印的双向链表为空!\n");
        return;
    }
    
    while (temp) {
        printf("%d  ",temp->data);
        temp = temp->next;
    }
    printf("\n");
    
}

4.双向链表插入元素

将priorNode->next节点的prior指向新节点；
将新节点->next指向原来的priorNode->next；
将priorNode->next指向新节点；
新节点的prior指向priorNode。

Status ListInsert(LinkList *L, int i, ElemType data){
    
    //1. 插入的位置不合法 为0或者为负数
    if(i < 1) return ERROR;
    
    //2. 新建结点
    LinkList temp = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
    temp->data = data;
    temp->prior = NULL;
    temp->next = NULL;
    
    //3.将p指向头结点!
    LinkList p = *L;
    
    //4. 找到插入位置i直接的结点
    for(int j = 1; j < i && p;j++)
        p = p->next;
    
    //5. 如果插入的位置超过链表本身的长度
    if(p == NULL){
        return  ERROR;
    }
    
    //6. 判断插入位置是否为链表尾部;
    if (p->next == NULL) {
        
        p->next = temp;
        temp->prior = p;
    }else
    {
        //1️⃣ 将p->next 结点的前驱prior = temp
        p->next->prior = temp;
        //2️⃣ 将temp->next 指向原来的p->next
        temp->next = p->next;
        //3️⃣ p->next 更新成新创建的temp
        p->next = temp;
        //4️⃣ 新创建的temp前驱 = p
        temp->prior = p;
    }
    
    return  OK;
}

5.删除双向链表指定位置上的结点

遍历找到要删除的节点，更改前驱节点的next指针和后继节点的prior指针

Status ListDelete(LinkList *L, int i, ElemType *e){
    
    int k = 1;
    LinkList p = (*L);
    
    //1.判断双向链表是否为空,如果为空则返回ERROR;
    if (*L == NULL) {
        return ERROR;
    }
    
  
    //2. 将指针p移动到删除元素位置前一个
    while (k < i && p != NULL) {
        p = p->next;
        k++;
    }
    
    //3.如果k>i 或者 p == NULL 则返回ERROR
    if (k>i || p == NULL) {
        return  ERROR;
    }
    
    //4.创建临时指针delTemp 指向要删除的结点,并将要删除的结点的data 赋值给*e,带回到main函数
    LinkList delTemp = p->next;
    *e = delTemp->data;
    
    //5. p->next 等于要删除的结点的下一个结点
    p->next = delTemp->next;
    
    //6. 如果删除结点的下一个结点不为空,则将将要删除的下一个结点的前驱指针赋值p;
    if (delTemp->next != NULL) {
        delTemp->next->prior = p;
    }
    
    //7.删除delTemp结点
    free(delTemp);
    
    return OK;
    
}

删除双向链表指定的元素

Status LinkListDeletVAL(LinkList *L, int data){
    
    LinkList p = *L;
    
    //1.遍历双向循环链表
    while (p) {
       
        //2.判断当前结点的数据域和data是否相等,若相等则删除该结点
        if (p->data == data) {
            
            //修改被删除结点的前驱结点的后继指针,参考图上步骤1️⃣
            p->prior->next = p->next;
            //修改被删除结点的后继结点的前驱指针,参考图上步骤2️⃣
            if(p->next != NULL){
                p->next->prior = p->prior;
            }
            //释放被删除结点p
            free(p);
            //退出循环
            break;
        }
        
        //没有找到该结点,则继续移动指针p
        p = p->next;
    }
    
    return OK;
    
}

6.在双向链表中查找元素

int selectElem(LinkList L,ElemType elem){
    
    LinkList p = L->next;
    int i = 1;
    while (p) {
        if (p->data == elem) {
            return I;
        }
        
        I++;
        p = p->next;
    }
    
    return  -1;
}

7.在双向链表中更新结点

Status replaceLinkList(LinkList *L,int index,ElemType newElem){
    LinkList p = (*L)->next;
    
    for (int i = 1; i < index; i++) {
        p = p->next;
    }
    
    p->data = newElem;
    return OK;
}

调用

int main(int argc, const char * argv[]) {
    // insert code here...
    printf("Hello, World!\n");
    
    Status iStatus = 0;
    LinkList L;
    int temp,item,e;
    
    iStatus =  createLinkList(&L);
    printf("iStatus = %d\n",iStatus);
    printf("链表创建成功,打印链表:\n");
    display(L);
    
    printf("请输入插入的位置\n");
    scanf("%d %d",&temp,&item);
    iStatus = ListInsert(&L, temp, item);
    printf("插入数据,打印链表:\n");
    display(L);
    
    printf("请输入插入的位置\n");
    scanf("%d %d",&temp,&item);
    iStatus = ListInsert(&L, temp, item);
    printf("插入数据,打印链表:\n");
    display(L);
    
    printf("请输入插入的位置\n");
    scanf("%d %d",&temp,&item);
    iStatus = ListInsert(&L, temp, item);
    printf("插入数据,打印链表:\n");
    display(L);
    
    printf("请输入删除的位置\n");
    scanf("%d",&temp);
    iStatus = ListDelete(&L, temp, &e);
    printf("删除元素: 删除位置为%d,data = %d\n",temp,e);
    printf("删除操作之后的,双向链表:\n");
    display(L);
    
    printf("请输入你要删除的内容\n");
    scanf("%d",&temp);
    iStatus = LinkListDeletVAL(&L, temp);
    printf("删除指定data域等于%d的结点,双向链表:\n",temp);
    display(L);

    printf("请输入你要查找的内容\n");
     scanf("%d",&temp);
    ElemType index = selectElem(L, temp);
    printf("在双向链表中查找到数据域为%d的结点,位置是:%d\n",temp,index);

    printf("请输入你要更新的结点以及内容\n");
    scanf("%d %d",&temp,&item);
    iStatus = replaceLinkList(&L, temp, item);
    printf("更新结点数据后的双向链表:\n");
    display(L);

    return 0;
}

2.双向循环列表
双向循环列表与双向列表的区别在于双向循环列表的头节点的prior指针指向尾节点，尾节点的next指针指向头节点构成一个循环。
结构如图

1.双向循环列表初始化

#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define OK 1

#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status;/* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */
typedef int ElemType;/* ElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */

//定义结点
typedef struct Node{
    ElemType data;
    struct Node *prior;
    struct Node *next;
}Node;

typedef struct Node * LinkList;

//6.1 双向循环链表初始化
Status creatLinkList(LinkList *L){
    
    *L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
    if (*L == NULL) {
        return ERROR;
    }
    
    (*L)->next = (*L);
    (*L)->prior = (*L);
    
    //新增数据
    LinkList p = *L;
    for(int i=0; i < 10;i++){
        
        //1.创建1个临时的结点
        LinkList temp = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
        temp->data = i;
        
        //2.为新增的结点建立双向链表关系
        //① temp 是p的后继
        p->next = temp;
        //② temp 的前驱是p
        temp->prior = p;
        //③ temp的后继是*L
        temp->next = (*L);
        //④ p 的前驱是新建的temp
        p->prior = temp;
        //⑤ p 要记录最后的结点的位置,方便下一次插入
        p = p->next;
        
    }
    
    return OK;
   
}

2.双向循环链表遍历

Status Display(LinkList L){
    
    if (L == NULL) {
        printf("打印的双向循环链表为空!\n\n");
        return ERROR;
    }
    printf("双向循环链表内容:  ");
    
    LinkList p = L->next;
    while (p != L) {

        printf("%d  ",p->data);
        p = p->next;
    }
    printf("\n\n");
    return OK;
}

3.双向循环链表插入元素

/*当插入位置超过链表长度则插入到链表末尾*/
Status LinkListInsert(LinkList *L, int index, ElemType e){
   
    //1. 创建指针p,指向双向链表头
    LinkList p = (*L);
    int i = 1;
    
    //2.双向循环链表为空,则返回error
    if(*L == NULL) return ERROR;
   
    //3.找到插入前一个位置上的结点p
    while (i < index && p->next != *L) {
        p = p->next;
        i++;
    }
    
    //4.如果i>index 则返回error
    if (i > index)  return ERROR;
    
    //5.创建新结点temp
    LinkList temp = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
    
    //6.temp 结点为空,则返回error
    if (temp == NULL) return ERROR;
    
    //7.将生成的新结点temp数据域赋值e.
    temp->data = e;
    
    //8.将结点temp 的前驱结点为p;
    temp->prior = p;
    //9.temp的后继结点指向p->next;
    temp->next = p->next;
    //10.p的后继结点为新结点temp;
    p->next = temp;
    
    //如果temp 结点不是最后一个结点
    if (*L != temp->next) {
        
        //11.temp节点的下一个结点的前驱为temp 结点
        temp->next->prior = temp;
    }else{

        (*L)->prior = temp;
        
    }
    
    return OK;
}

4.双向循环链表删除结点

Status LinkListDelete(LinkList *L,int index,ElemType *e){
    
    int i = 1;
    LinkList temp = (*L)->next;
    
    if (*L == NULL) {
        return  ERROR;
    }
    
    //①.如果删除到只剩下首元结点了,则直接将*L置空;
    if(temp->next == *L){
        free(*L);
        (*L) = NULL;
        return OK;
    }
    
    //1.找到要删除的结点
    while (i < index) {
        temp = temp->next;
        i++;
    }

    //2.给e赋值要删除结点的数据域
    *e = temp->data;
    
    //3.修改被删除结点的前驱结点的后继指针 图1️⃣
    temp->prior->next = temp->next;
    //4.修改被删除结点的后继结点的前驱指针 图2️⃣
    temp->next->prior = temp->prior;
    //5. 删除结点temp
    free(temp);
    
    return OK;
    
}

调用

int main(int argc, const char * argv[]) {
    // insert code here...
    printf("Hello, World!\n");
    
    LinkList L;
    Status iStatus;
    ElemType temp,item;
    
    iStatus = creatLinkList(&L);
    printf("双向循环链表初始化是否成功(1->YES)/ (0->NO):  %d\n\n",iStatus);
    Display(L);
    
    printf("输入要插入的位置和数据用空格隔开：");
    scanf("%d %d",&temp,&item);
    iStatus = LinkListInsert(&L,temp,item);
    Display(L);

    printf("输入要删除位置：");
    scanf("%d",&temp);
    iStatus = LinkListDelete(&L, temp, &item);
    printf("删除链表位置为%d,结点数据域为:%d\n",temp,item);
    Display(L);

    
    return 0;
}

数据结构与算法学习 (04)双向链表和双向循环列表

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