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【数据结构与算法】- (带尾指针)单循环链表 - 详细实现步骤及代码(C/C++)

9月前 作者：wkd_007 分类：Toy博客 阅读(40) 违法举报

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【数据结构与算法】- (带尾指针)单循环链表 - 详细实现步骤及代码(C/C++)。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

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一、概述

前三篇文章分别介绍了 “带头结点单链表实现”、“不带头结点单链表实现”、“带头结点单循环链表实现”。这篇文章主要介绍带尾指针的单循环链表以及详细的实现步骤，最后提供我自己根据理解实现带尾指针单循环链表的C语言代码。跟着后面实现思路看下去，应该可以看懂代码，看懂代码后，就对带尾指针单循环链表有了比较抽象的理解了，最后自己再动手写一个带尾指针循环链表，就基本理解这个东西了。
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二、带尾指针循环链表

首先，需要清楚一些概念。

  • 头指针：指向链表首端结点的指针，存放链表第一个结点的地址，有头结点时一直指向头结点。
  • 尾指针：指向链表终端结点的指针，存放链表最后一个结点的地址。
  • 头结点：为了使第一个结点的插入和删除与其他结点一致，在第一个结点前增加的一个结点，其数值域为无效值或存放其他信息，其指针域指向第一个结点。
  • 循环链表：将单链表终点结点的指针域由 空指针 改为 指向头结点，使整个链表形成一个环，这样头尾相接的单链表称为单循环链表，简称循环链表。
    下图是循环链表：
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  • 带尾指针的循环链表：不使用头指针，而是用一个链表终端结点的尾指针来表示的循环链表。
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带尾指针的循环链表的特点：

  1. 带尾指针的循环链表可以从任意结点出发，访问到链表的全部结点；
  2. 带头结点且带尾指针的循环链表，为空链表时，头结点的指针域指向自己，尾指针指向头结点。
    此时，尾指针rear存放了头结点的地址，头结点的指针域也存放了头结点的地址，所以会有rear->next->next==rear，不管rear->后面接几个next，都会指向头结点。
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  3. 带头结点且带尾指针的循环链表，为非空链表时，终端结点指针域指向头结点，尾指针指向终端结点；
    所以如果不是最后一个结点时，其结点地址就不等于尾指针rear，cur != rear。
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三、带尾指针单循环链表实现步骤

从上面知道了带尾指针单循环链表的相关概念和一些特点，接下来开始实现带尾指针循环链表，为了使空链表和非空链表处理一致，我们使用带有头结点的循环链表进行讲解，从初始化循环链表、插入数据、删除数据、查找数据、销毁循环链表5个操作进行说明。

📌3.1 C语言定义循环链表结点

为了和前面文章的单链表做比较，循环链表结构体也尽量定义相似的。

typedef int ElemType;
typedef struct _ListNode
{
	ElemType data;
	struct _ListNode *next;// 指向结点的指针
}ListNode;// 定义链表结点：包含数据域，指针域
typedef ListNode* CyclicList;// 定义循环链表头指针或尾指针，是指向结点的指针

📌3.2 带尾指针单循环链表初始化

因为带有头结点，初始化时就需要分配一个头结点的内存空间，并将尾指针指向头结点；
因为需要修改尾指针的值，所以要传入尾指针的指针CyclicList *。
循环链表初始化算法思路如下：

1、分配一个结点的存储空间作为头结点，并将尾指针指向头结点；
2、让头结点的next指针指向自己，头结点的数据填一个无效值；
3、将尾指针指向头结点。

C语言实现代码如下：

void ListInit(CyclicList *rear)
{// 创建一个头结点，让其指针域指向自己，尾指针指向头结点
	CyclicList head = (CyclicList)malloc(sizeof(ListNode));
	head->next = head; // 指向头结点
	head->data = -1;
	*rear = head;
}

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📌3.3 带尾指针单循环链表插入数据

带尾指针单循环链表插入数据和单链表差不多，只是判断条件需要从cur->next != NULL变成cur!=*rear;其他步骤都差不多，首先，找到插入位置n的前一个结点；其次，插入新结点时记住顺序：先连接、后断开。
先连接：是指先新节点连接当前节点的下个节点，new->next = cur->next;
后断开：将当前节点的的指针域指向新节点，与旧节点断开，cur->next = new;
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如果这两个顺序反了，先执行cur->next = new;，会导致cur后面的数据全部都丢了，因为cur->next原本是保存着后继元素的地址的，现在直接被覆盖后，就无法继续查找后继元素了。

单链表在第n个位置插入数据的算法思路：

1、定义一个结点指针cur指向头结点，用来遍历链表；
2、定义一个变量cur_i，用来表示当前结点的序号，初始化为0表示当前指向头结点；
3、不是最后一个结点(cur!=*rear)，且不是插入位置的前一个结点，就后移一个；
4、若结束循环后是最后一个结点(cur==*rear)，但不是插入位置前一结点，说明链表长度不够；
   如果最后结点是插入位置前一个，说明新增结点在最后，需要改变尾指针的值。
5、否则，说明当前结点cur的下个位置就是插入位置n，分配存储空间给新结点new；
6、把值填进新节点的数据域，用新结点指向当前节点的下个节点；
7、将当前节点指向新节点；
8、如果需要改变尾指针的值，就把尾指针指向新结点。

C语言实现代码如下：

int ListInsert(CyclicList *rear, int data, int n)// 将node插入到第n位,n从1开始
{
	if(rear==NULL || n<1) // 判断参数有效性
		return -1;
	int bChangeRear = 0;
	ListNode* cur = (*rear)->next;	// cur指向当前结点，初始化指向头结点
	int cur_i=0;					// cur_i表示当前结点的序号,0-头结点
	while(cur!=*rear && cur_i<(n-1))
	{//不是最后一个结点，且不是插入位置的前一个结点，就后移一个
		cur = cur->next;
		cur_i++;
	}
	if(cur==*rear)				// 移动到最后结点 
	{
		if(cur_i!=(n-1))		// 仍然不是插入位置前一个结点，出错
		{
			printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);
			return -1;	// 链表没有 n 那么长
		}
		else
			bChangeRear = 1;	// 新增结点在最后，改变尾指针的值
	}
	ListNode* new = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	new->data = data;
	new->next = cur->next;
	cur->next = new;
	if(bChangeRear==1)
		*rear=new;
	return 0;
}

📌3.4 带尾指针单循环链表删除数据

带尾指针单循环链表删除节点和单链表差不多，只是判断条件需要从cur->next != NULL变成cur!=*rear;其他步骤都差不多，首先，找到删除位置n的前一个结点；其次，“把当前结点的指针域指向下个结点的下个结点”，这样就删除了下一个结点。
因为可能需要改变尾指针的值，所以传入尾指针的指针。
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循环链表删除第n个数据的算法思路：

1、定义一个结点指针cur指向头结点，用来遍历链表；
2、定义一个变量cur_i，用来表示下个结点的序号，初始化为0表示当前指向头结点；
3、将cur指针不断往后移动，直到下个位置就是删除位置n，即当cur_i==(n-1)跳出循环;
4、若结束循环后是最后一个结点(cur==*rear)，说明链表长度不够；
5、否则，说明下个结点(cur->next)就是删除位置n的结点delete，赋值delete = cur->next；
6、将当前结点的指针域指向delete的下个结点，cur->next=delete->next;
7、如果删除节点是随后一个结点，需要将尾指针指向当前结点；
8、最后释放delete结点的内存，完成删除操作。

C语言实现代码如下，删除结点更关注的是下个结点(cur->next)的有效性：

// 删除第n个结点，且将删除的值通过data传出
int ListDelete(CyclicList *rear, int *data, int n)
{
	if(rear==NULL || data==NULL || n<1)
		return -1;
	ListNode* cur = (*rear)->next;	// cur指向当前结点，初始化指向头结点
	int cur_i=0;					// cur_i表示当前结点的序号,0-头结点
	while(cur!=*rear && cur_i<(n-1))
	{//不是最后一个结点，且不是删除位置的前一个结点，就后移一个
		cur = cur->next;
		cur_i++;
	}
	if(cur==*rear)		// 移动到最后结点 
	{
		printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);
		return -1;			// 链表没有 n 那么长
	}
	ListNode *delete = cur->next;
	cur->next = delete->next;
	if(delete == *rear)		// 最后一个结点删除，尾指针前移一个
		*rear=cur;
	free(delete);
	return 0;
}

📌3.5 带尾指针单循环链表查找数据

查找数据时，将指针指向第一个结点而非头结点，下面函数中rear是尾指针，指向最后结点，带尾指针单循环链表非空时，rear->next就是头结点，rear->next->next就是第一个结点；循环链表为空时，rear->next == rear，都是指向头结点。

循环链表查找第n个数据的算法思路：

1、定义一个结点指针cur指向第一个结点(rear->next->next)，用来遍历链表；
2、定义一个变量cur_i，用来表示当前结点的序号，初始化为1(第一步指向的就是第一个结点)；
3、如果链表为空，返回错误；
4、若不是最后一个结点，且当前位置不是查找位置n，就继续后移，直到最后结点或i==n跳出循环;
5、若结束循环后，是最后一个结点(cur==rear)，但不是查找位置n，说明链表长度不够；
5、否则，说明当前结点(cur)就是查找位置n的结点；返回结点数据*data = cur->data。

C语言实现代码如下：

int ListFind(CyclicList rear, int *data, int n)
{
	if(rear==NULL || data==NULL || n<1)
		return -1;
	
	ListNode* cur = rear->next->next;// 指向第一个节点
	int cur_i=1;				// i表示当前结点的序号
	if(cur == rear)
	{
		printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);
		return -1;	// 链表没有 n 那么长
	}
	while(cur!=rear && cur_i<n)
	{//不是最后一个结点，且当前位置不是查找位置n，就往后移动一个
		cur = cur->next;
		cur_i++;
	}
	if(cur==rear)			// 移动到最后结点 
	{
		if(cur_i!=n)		// 仍然不是查找位置n，出错
		{
			printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);
			return -1;	// 链表没有 n 那么长
		}
	}
	*data = cur->data;
	printf("[%s %d]find No.%d = %d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n,*data);
	return 0;
}

📌3.6 带尾指针单循环链表的销毁

下面函数代码中先把头指针保持在head变量，然后从第一结点开始后移，只要当前指针不指向头结点，说明还没遍历到最后一个结点的指针域，当遍历指针cur查询完最后一个结点时会有cur==list，以这个为条件就可以遍历完所有有效结点，最后剩下一个头结点，需要让头结点指向自己，尾指针指向头结点。

单链表销毁的算法思路：

1、定义一个结点指针cur指向第一个结点，用来遍历链表；
2、定义一个结点指针next，保存下个结点地址；
3、定义一个结点指针head，保存头结点地址；
4、当前指针不是指向最后一个结点的指针域就后移，进入循环：
	3.1、先保存下个结点地址，因为下个结点本来保存在cur->next，直接free(cur)会丢掉下个结点；
	3.2、删除当前结点，释放内存
	3.3、将当前指针指向前面保存好的下个结点。
5、结束循环后，已经删除完所有节点，此时需要将头结点的指针域指向头结点，表示空链表。
6、将尾指针指向头结点。

C语言实现代码如下：

void ListDestroy(CyclicList *rear)
{
	ListNode* cur = (*rear)->next->next;	// 指向第一个节点
	ListNode* next = NULL;		// 用于保存下个结点地址
	ListNode* head = (*rear)->next;	// 保存头结点地址
	while(cur!=head)			// 不到头结点就继续后移，最后只剩下头结点
	{
		next = cur->next;		// 保存下个结点地址
		//printf("[%s %d]delete %d\n", __FUNCTION__,__LINE__, cur->data);
		free(cur);				// 删除当前结点、并释放内存
		cur = next;				// 将当前结点指针指向下个结点
	}
	head->next = head;			// 头结点指向自己
	*rear = head;				// 尾指针指向头结点
}

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四、 带尾指针单循环链表完整代码

代码只是为了更好地了解 带尾指针单循环链表，实现过程可能存在不足，有发现的，欢迎指正，谢谢！！！
代码已在Ubuntu编译通过，可执行。

// CyclicList.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct _ListNode
{
	int data;
	struct _ListNode *next;
}ListNode;
typedef ListNode* CyclicList;

CyclicList ListInit()// 创建一个头结点，让其指针域指向自己，并返回头结点地址
{
	CyclicList list = (CyclicList)malloc(sizeof(ListNode));
	list->next = list; // 指向头结点
	list->data = -1;
	return list;
}

int ListInsert(CyclicList list, int data, int n)// 将node插入到第n位,n从1开始
{
	if(list==NULL || n<1) // 判断参数有效性
		return -1;
		// 使用尾指针指向尾结点来操作循环链表

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

typedef int ElemType;
typedef struct _ListNode
{
	ElemType data;
	struct _ListNode *next;// 指向结点的指针
}ListNode;// 定义链表结点：包含数据域，指针域
typedef ListNode* CyclicList;// 定义循环链表头指针，是指向结点的指针

void ListInit(CyclicList *rear)
{// 创建一个头结点，让其指针域指向自己，尾指针指向头结点
	CyclicList head = (CyclicList)malloc(sizeof(ListNode));
	head->next = head; // 指向头结点
	head->data = -1;
	*rear = head;
}

int ListInsert(CyclicList *rear, int data, int n)// 将node插入到第n位,n从1开始
{
	if(rear==NULL || n<1) // 判断参数有效性
		return -1;
	int bChangeRear = 0;
	ListNode* cur = (*rear)->next;// cur指向当前结点，初始化指向头结点
	int cur_i=0;				// i表示当前结点的序号,0-头结点
	while(cur!=*rear && cur_i<(n-1))
	{//不是最后一个结点，且不是插入位置的前一个结点，就后移一个
		cur = cur->next;
		cur_i++;
	}
	if(cur==*rear)				// 移动到最后结点 
	{
		if(cur_i!=(n-1))		// 仍然不是插入位置前一个结点，出错
		{
			printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);
			return -1;	// 链表没有 n 那么长
		}
		else
			bChangeRear = 1;	// 新增结点在最后，改变尾指针的值
	}
	ListNode* new = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	new->data = data;
	new->next = cur->next;
	cur->next = new;
	if(bChangeRear==1)
		*rear=new;
	return 0;
}

// 删除第n个结点，且将删除的值通过data传出
int ListDelete(CyclicList *rear, int *data, int n)
{
	if(rear==NULL || data==NULL || n<1)
		return -1;
	ListNode* cur = (*rear)->next;	// cur指向当前结点，初始化指向头结点
	int cur_i=0;			// i表示当前结点的序号,0-头结点
	while(cur!=*rear && cur_i<(n-1))
	{//不是最后一个结点，且不是删除位置的前一个结点，就后移一个
		cur = cur->next;
		cur_i++;
	}
	if(cur==*rear)		// 移动到最后结点 
	{
		printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);
		return -1;			// 链表没有 n 那么长
	}
	ListNode *delete = cur->next;
	cur->next = delete->next;
	if(delete == *rear)		// 最后一个结点删除，尾指针前移一个
		*rear=cur;
	free(delete);
	return 0;
}

int ListFind(CyclicList rear, int *data, int n)
{
	if(rear==NULL || data==NULL || n<1)
		return -1;
	
	ListNode* cur = rear->next->next;// 指向第一个节点
	int cur_i=1;				// i表示当前结点的序号
	if(cur == rear)
	{
		printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);
		return -1;	// 链表没有 n 那么长
	}
	while(cur!=rear && cur_i<n)
	{//不是最后一个结点，且当前位置不是查找位置n，就往后移动一个
		cur = cur->next;
		cur_i++;
	}
	if(cur==rear)			// 移动到最后结点 
	{
		if(cur_i!=n)		// 仍然不是查找位置n，出错
		{
			printf("[%s %d]error din't have No.%d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n);
			return -1;	// 链表没有 n 那么长
		}
	}
	*data = cur->data;
	printf("[%s %d]find No.%d = %d\n", __FUNCTION__,__LINE__, n,*data);
	return 0;
}

void ListDestroy(CyclicList *rear)
{
	ListNode* cur = (*rear)->next->next;	// 指向第一个节点
	ListNode* next = NULL;		// 用于保存下个结点地址
	ListNode* head = (*rear)->next;	// 保存头结点地址
	while(cur!=head)			// 不到头结点就继续后移，最后只剩下头结点
	{
		next = cur->next;		// 保存下个结点地址
		//printf("[%s %d]delete %d\n", __FUNCTION__,__LINE__, cur->data);
		free(cur);				// 删除当前结点、并释放内存
		cur = next;				// 将当前结点指针指向下个结点
	}
	head->next = head;			// 头结点指向自己
	*rear = head;				// 尾指针指向头结点
}

void ListPrintf(CyclicList rear)
{
	ListNode* cur = rear->next->next;// 指向第一个节点
	printf("list:[");
	while(cur!=rear->next)		// 不到头结点就继续后移
	{
		printf("%d,",cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("]\n");
}

int main()
{
	CyclicList rear;
	ListInit(&rear);
	int data=0;
	
	printf("Cycliclist is empty !!! \n");
	ListInsert(&rear, 2, 2);		// 空链表时，验证插入
	ListDelete(&rear, &data, 1);	// 空链表时，验证删除
	ListFind(rear, &data, 1);	// 空链表时，验证查询
	ListDestroy(&rear);			// 空链表时，验证销毁
	
	printf("\ninsert 3 data\n");
	// 正常插入3个数据
	ListInsert(&rear, 1, 1);
	ListInsert(&rear, 2, 2);
	ListInsert(&rear, 3, 3);
	ListPrintf(rear);
	
	printf("\n验证错误值\n");
	ListInsert(&rear, 5, 5);		// 验证插入
	ListDelete(&rear, &data, 4);	// 验证删除
	ListFind(rear, &data, 4);	// 验证查询
	
	printf("\n正常操作\n");
	// 正常操作
	ListFind(rear, &data, 2);
	printf("delete 2,now\n");
	ListDelete(&rear, &data, 2);
	ListPrintf(rear);
	
	printf("Insert 4 to 2,now\n");
	ListInsert(&rear, 4, 2);
	ListPrintf(rear);
	
	printf("Destroy ,now\n");
	ListDestroy(&rear);
	ListPrintf(rear);

	return 0;
}

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    目录 一、单链表 二、双向循环链表 三、判断链表是否带环 四、链表的回文结构判断 五、复制带随机指针的链表 优点 ：头部增删效率高，动态存储无空间浪费 缺点 ：尾部增删、遍历效率低，不支持随机访问节点 头结点 ：单链表头结点可有可无，带头结点更方便进行初始

    2024年02月16日
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