【数据结构与算法】- 循环链表 - 详细实现步骤及代码(C/C++)

目录
一、概述
二、循环链表
三、循环链表实现步骤
 ????3.1 C语言定义循环链表结点
 ????3.2 3.2 循环链表初始化
 ????3.3 循环链表插入数据
 ????3.4 循环链表删除数据
 ????3.5 循环链表查找数据
 ????3.6 循环链表的销毁
四、循环链表链表完整代码

---

一、概述

前两篇文章介绍过怎样去实现单链表，这篇文章主要介绍循环链表以及实现循环链表的步骤，最后提供我自己根据理解实现循环链表的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，就对循环链表有了比较抽象的理解了，最后自己再动手写一个循环链表，就基本理解这个东西了。

二、循环链表

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。
下图是单链表：

下图是循环链表：

循环链表的特点：

1. 循环链表可以从任意结点出发，访问到链表的全部结点；
2. 带有头结点的循环链表，为空链表时，头结点的指针域指向自己。
   此时，头结点的下个结点的下个结点仍然时头结点：head->next->next==head；不管head->后面接几个next，都会指向头结点。
   
3. 带有头结点的循环链表，为非空链表时，终端结点指针域指向头结点；
   所以如果不是最后一个结点时，其指针域就不等于头结点，cur->next != head。
   

三、循环链表实现步骤

从上面知道了循环链表的相关概念和一些特点，接下来开始实现循环链表，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

为了和前两篇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
{
	int 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

????3.2 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，且头指针会一直指向头结点。
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，并将头指针指向头结点；
2、让头结点的next指针指向NULL，头结点的数据填一个无效值；
3、将头指针返回给函数调用者。

C语言实现代码如下：

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;
}

????3.3 循环链表插入数据

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->next!=list;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;

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、将cur指针不断往后移动，直到下个位置就是插入位置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->next==list)，但不是插入位置前一结点，说明链表长度不够；
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，完成插入操作。

C语言实现代码如下：

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;
		
	ListNode* cur = list;// 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->next!=list && 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->next==list)			// 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
		}
	}
	ListNode* new = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	new->data = data;
	new->next = cur->next;
	cur->next = new;
	return 0;
}

????3.4 循环链表删除数据

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->next!=list;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。

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->next==list)，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、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 list, int *data, int n)
{
	if(list==NULL || data==NULL || n<1)
		return -1;
	ListNode* cur = list;	// 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->next!=list && 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->next==list)		// 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;
	free(delete);
	return 0;
}

????3.5 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list是头指针，指向头结点，循环链表非空时，list->next就是第一个结点；循环链表为空时，list->next == list。

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(list->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->next==list)，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 list, int *data, int n)
{
	if(list==NULL || data==NULL || n<1)
		return -1;
	
	ListNode* cur = list->next;	// 指向第一个节点
	int cur_i=1;				// i表示当前结点的序号
	if(cur == list)
	{
		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->next!=list && 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->next==list)			// 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 循环链表的销毁

下面函数代码中的判断条件(cur!=list)，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结点。如果判断cur->next != list，则剩下最后一个结点需要另外处理。

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、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。
4、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。

C语言实现代码如下：

void ListDestroy(CyclicList list)
{
	ListNode* cur = list->next;	// 指向第一个节点
	ListNode* next = NULL;		// 用于保存下个结点地址
	while(cur!=list)			// 不是最后一个结点的指针域就后移
	{
		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
	}
	list->next = list;
}

四、循环链表完整代码

代码只是为了更好地了解循环链表，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;
		
	ListNode* cur = list;// 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->next!=list && 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->next==list)			// 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
		}
	}
	ListNode* new = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	new->data = data;
	new->next = cur->next;
	cur->next = new;
	return 0;
}

// 删除第n个结点，且将删除的值通过data传出
int ListDelete(CyclicList list, int *data, int n)
{
	if(list==NULL || data==NULL || n<1)
		return -1;
	ListNode* cur = list;	// 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->next!=list && 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->next==list)		// 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;
	free(delete);
	return 0;
}

int ListFind(CyclicList list, int *data, int n)
{
	if(list==NULL || data==NULL || n<1)
		return -1;
	
	ListNode* cur = list->next;	// 指向第一个节点
	int cur_i=1;				// i表示当前结点的序号
	if(cur == list)
	{
		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->next!=list && 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->next==list)			// 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 list)
{
	ListNode* cur = list->next;	// 指向第一个节点
	ListNode* next = NULL;		// 用于保存下个结点地址
	while(cur!=list)			// 不是最后一个结点的指针域就后移
	{
		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
	}
	list->next = list;
}

void ListPrintf(CyclicList list)
{
	ListNode* cur = list->next;// 指向第一个节点
	printf("list:[");
	while(cur!=list)
	{
		printf("%d,",cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("]\n");
}

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

	return 0;
}