[数据结构 - 第3章] 线性表之循环链表（C语言实现）

一、什么是循环链表？

将单链表中终端结点的指针端自空指针改为指向头结点，就使整个单链表形成一个环，这种头尾相接的单链表称为单循环链表，简称循环链表（circular linked
list）。

相比单链表，循环链表解决了一个很麻烦的问题。 即可以从任意一个结点出发，而不一定是要从头结点出发，就可访问到链表的全部结点。

为了使空链表与非空链表处理一致，我们通常设一个头结点，当然， 这并不是说，循环链表一定要头结点，这需要注意。 循环链表带有头结点的空链表如下图所示：

对于非空的循环链表就如下图所示：

其实循环链表和单链表的主要差异就在于循环的判断条件上，原本是判断 p->next 是否为空，现在则是 p-> next 不等于头结点，则循环未结束。

二、循环链表的基本操作

2.1 初始化链表操作

// 初始化链表操作
void initList(LinkList **pList) // 必须使用双重指针，一重指针申请会出错
{
	*pList = (LinkList *)malloc(sizeof(Node));
	if (!pList)
	{
		printf("malloc error!\n");
		return;
	}

	(*pList)->data = 0;
	// 因为是循环链表，所以尾指针指向头节点
	(*pList)->next = *pList;
}

循环链表的所有操作程序与单链表大致相同，只是修改了链表的结束判断条件，因为尾结点的 next 不再指向 NULL，而是指向头结点。

2.2 插入元素操作

// 插入元素操作
Status insertList(LinkList *pList, int i, const ElemType e)
{
	Node *front; // 指向位置i所在的前一个结点
	int j; // 计数器

	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}
	// 只能在位置1以及后面插入，所以i至少为1
	if (i < 1)
	{
		printf("i is invalid!\n");
		return FALSE;
	}

	// 找到i位置所在的前一个结点
	front = pList;
	if (i != 1) // 对i=1的情况特殊处理
	{
		front = pList->next; // 指向第2个结点的前一个结点，与j对应
		for (int j = 2; j < i; j++) // j为计数器，赋值为2，对应front指向的下一个结点
		{
			front = front->next;
			if (front == pList)
			{
				printf("dont find front!\n");
				return false;
			}
		}
	}

		
	// 创建一个空节点，存放要插入的新元素
	Node *temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (!temp)
	{
		printf("malloc error!\n");
		return FALSE;
	}
	temp->data = e;

	// 插入结点
	temp->next = front->next;
	front->next = temp;

	return TRUE;
}

与单链表相比，找到 i 位置的前一个结点的结束判断更难处理，这里可以进一步改进。

2.3 删除元素操作

// 删除元素操作
Status deleteList(LinkList *pList, int i, ElemType *e)
{
	Node *front; // 指向位置i所在的前一个结点
	int j; // 计数器

	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}
	// 只能删除位置1以及以后的结点
	if (i < 1)
	{
		printf("i is invalid!\n");
		return FALSE;
	}

	// 找到i位置所在的前一个结点
	front = pList;
	if (i != 1) // 对i=1的情况特殊处理
	{
		front = pList->next; // 指向第2个结点的前一个结点，与j对应
		for (int j = 2; j < i; j++) // j为计数器，赋值为2，对应front指向的下一个结点
		{
			front = front->next;
			if (front->next == pList)
			{
				printf("dont find front!\n");
				return false;
			}
		}
	}

	// 提前保存要删除的结点
	Node *temp = front->next;
	*e = temp->data; // 将要删除结点的数据赋给e

	// 删除结点
	front->next = front->next->next;

	// 销毁结点	
	free(temp);
	temp = NULL;

	return TRUE;
}

三、完整程序

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

#define TRUE 1
#define FALSE 0
typedef int Status; // Status是函数结果状态，成功返回TRUE,失败返回FALSE

typedef int ElemType;
/* 线性表的循环链表存储结构 */
typedef struct node
{
	ElemType data;
	struct node *next;
}Node, LinkList;

void initList(LinkList **pList); // 初始化链表操作
Status insertList(LinkList *pList, int i, const ElemType e); // 插入元素操作
Status deleteList(LinkList *pList, int i, ElemType *e); // 删除元素操作
Status getElem(LinkList *pList, int i, ElemType *e); // 获取元素操作
Status insertListHead(LinkList *pList, const ElemType e); // 头部后插入元素操作
Status insertListTail(LinkList *pList, const ElemType e); // 尾部后插入元素操作
Status clearList(LinkList *pList); // 清空链表操作
void traverseList(LinkList *pList); // 遍历链表操作
int getLength(LinkList *pList); // 获取链表长度操作

// 初始化链表操作
void initList(LinkList **pList) // 必须使用双重指针，一重指针申请会出错
{
	*pList = (LinkList *)malloc(sizeof(Node));
	if (!pList)
	{
		printf("malloc error!\n");
		return;
	}

	(*pList)->data = 0;
	// 因为是循环链表，所以尾指针指向头节点
	(*pList)->next = *pList;
}

// 插入元素操作
Status insertList(LinkList *pList, int i, const ElemType e)
{
	Node *front; // 指向位置i所在的前一个结点
	int j; // 计数器

	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}
	// 只能在位置1以及后面插入，所以i至少为1
	if (i < 1)
	{
		printf("i is invalid!\n");
		return FALSE;
	}

	// 找到i位置所在的前一个结点
	front = pList;
	if (i != 1) // 对i=1的情况特殊处理
	{
		front = pList->next; // 指向第2个结点的前一个结点，与j对应
		for (int j = 2; j < i; j++) // j为计数器，赋值为2，对应front指向的下一个结点
		{
			front = front->next;
			if (front == pList)
			{
				printf("dont find front!\n");
				return false;
			}
		}
	}

		
	// 创建一个空节点，存放要插入的新元素
	Node *temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (!temp)
	{
		printf("malloc error!\n");
		return FALSE;
	}
	temp->data = e;

	// 插入结点
	temp->next = front->next;
	front->next = temp;

	return TRUE;
}

// 删除元素操作
Status deleteList(LinkList *pList, int i, ElemType *e)
{
	Node *front; // 指向位置i所在的前一个结点
	int j; // 计数器

	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}
	// 只能删除位置1以及以后的结点
	if (i < 1)
	{
		printf("i is invalid!\n");
		return FALSE;
	}

	// 找到i位置所在的前一个结点
	front = pList;
	if (i != 1) // 对i=1的情况特殊处理
	{
		front = pList->next; // 指向第2个结点的前一个结点，与j对应
		for (int j = 2; j < i; j++) // j为计数器，赋值为2，对应front指向的下一个结点
		{
			front = front->next;
			if (front->next == pList)
			{
				printf("dont find front!\n");
				return false;
			}
		}
	}

	// 提前保存要删除的结点
	Node *temp = front->next;
	*e = temp->data; // 将要删除结点的数据赋给e

	// 删除结点
	front->next = front->next->next;

	// 销毁结点	
	free(temp);
	temp = NULL;

	return TRUE;
}

// 获取元素操作
Status getElem(LinkList *pList, int i, ElemType *e)
{
	Node *cur;

	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}
	// 只能获取位置1以及以后的元素
	if (i < 1)
	{
		printf("i is invalid!\n");
		return FALSE;
	}

	// 找到i位置所在的结点
	cur = pList->next; // 这里是让cur指向链表的第1个结点
	int j = 1; // j为计数器，赋值为1，对应cur指向结点
	while (cur != pList && j < i)
	{
		cur = cur->next;
		j++;
	}
	// 未找到i位置所在的前一个结点
	if (cur == pList)
	{
		printf("dont find front!\n");
		return FALSE;
	}

	// 取第i个结点的数据
	*e = cur->data;

	return TRUE;
}

// 头部后插入元素操作
Status insertListHead(LinkList *pList, const ElemType e)
{
	Node *head;
	Node *temp;

	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}

	// 让head指向链表的头结点
	head = pList;

	// 创建存放插入元素的结点
	temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (!temp)
	{
		printf("malloc error!\n");
		return FALSE;
	}
	temp->data = e;
	
	// 头结点后插入结点
	temp->next = head->next;
	head->next = temp;

	return TRUE;
}

// 尾部后插入元素操作
Status insertListTail(LinkList *pList, const ElemType e)
{
	Node *cur;
	Node *temp;

	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}

	// 找到链表尾节点
	cur = pList;
	while (cur->next != pList)
	{
		cur = cur->next;
	}

	// 创建存放插入元素的结点
	temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (!temp)
	{
		printf("malloc error!\n");
		return -1;
	}
	temp->data = e;

	// 尾结点后插入结点
	temp->next = cur->next;
	cur->next = temp;

	return TRUE;
}

// 清空链表操作
Status clearList(LinkList *pList)
{
	Node *cur; // 当前结点
	Node *temp; // 事先保存下一结点，防止释放当前结点后导致“掉链”

	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return FALSE;
	}

	cur = pList->next; // 指向头结点后的第一个结点
	while (cur != pList)
	{
		temp = cur->next; // 事先保存下一结点，防止释放当前结点后导致“掉链”
		free(cur); // 释放当前结点
		cur = NULL;
		cur = temp; // 将下一结点赋给当前结点p		
	}
	pList->next = NULL; // 头结点指针域指向空

	return TRUE;
}

// 遍历链表操作
void traverseList(LinkList *pList)
{
	// 判断链表是否存在
	if (!pList)
	{
		printf("list not exist!\n");
		return;
	}

	Node *cur = pList->next;
	while (cur != pList)
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

// 获取链表长度操作
int getLength(LinkList *pList)
{
	Node *cur = pList;
	int length = 0;

	while (cur->next != pList)
	{
		cur = cur->next;
		length++;
	}

	return length;
}

int main()
{
	LinkList *pList;

	// 初始化链表
	initList(&pList);
	printf("初始化链表!\n\n");

	// 尾部后插入结点
	insertListTail(pList, 1);
	printf("尾部后插入元素1\n");
	insertListTail(pList, 2);
	printf("尾部后插入元素2\n\n");

	// 插入结点
	insertList(pList, 1, 4);
	printf("位置1插入元素4\n\n");

	// 删除结点
	int val;
	deleteList(pList, 3, &val);
	printf("删除位置3的结点，删除结点的数据为： %d\n", val);
	printf("\n");

	// 遍历链表并显示元素操作
	printf("遍历链表：");
	traverseList(pList);
	printf("\n");

	// 获得链表长度
	printf("链表长度: %d\n\n", getLength(pList));

	// 销毁链表
	clearList(pList);
	printf("销毁链表\n\n");

	return 0;
}

参考：

《大话数据结构 - 第3章》 线性表