文章目录
1. 概念
2. 区别
2.1 结构区别
2.2 访问方式区别
2.3 优缺点对比
3. 流程
4. 基本操作
5. 代码示例
1. 概念
单向循环链表是一种特殊的单链表,其中最后一个节点的后继指针指向头节点,形成一个环。单向循环链表适合用于需要循环访问数据的场景,如约瑟夫环问题。
节点定义
每个节点包含两个部分:数据域和指针域。
typedef struct Node {int data; // 数据域,存储节点的值struct Node *next; // 指针域,指向下一个节点
} Node;
结构定义
单向循环链表包含一个头指针和链表中的节点个数。
typedef struct {Node *head; // 指向单向循环链表的头节点size_t size; // 单向循环链表中的节点个数
} CircularLinkedList;
2. 区别
单向链表和单向循环链表的区别
2.1 结构区别
单向链表(Singly Linked List):
- 每个节点包含一个数据域和一个指向下一个节点的指针。
- 最后一个节点的指针指向
NULL
,表示链表的结束。 - 只能单向遍历,从头节点开始到尾节点结束。
单向循环链表(Singly Circular Linked List):
- 每个节点也包含一个数据域和一个指向下一个节点的指针。
- 最后一个节点的指针指向头节点,形成一个循环。
- 可以从链表中的任何一个节点开始遍历,最终会回到该节点。
2.2 访问方式区别
单向链表:
- 从头节点开始遍历,直到找到目标节点或者到达链表末尾。
单向循环链表:
- 从任意节点开始遍历,最终会回到该节点,因此在循环中进行操作时更加方便。
2.3 优缺点对比
单向链表的优缺点
优点:
- 实现简单:实现和维护相对简单,每个节点只包含一个指针。
- 内存开销小:每个节点只包含一个指针,内存占用较少。
- 插入和删除操作效率较高:在已知前驱节点的情况下,插入和删除节点的时间复杂度为 O(1)。
缺点:
- 只能单向遍历:不能从尾节点向前遍历到头节点,灵活性差。
- 查找效率较低:从头节点遍历到目标节点的时间复杂度为 O(n)。
单向循环链表的优缺点
优点:
- 循环访问方便:适合需要循环访问数据的应用场景,如约瑟夫环问题。
- 无需处理链表末尾:由于最后一个节点指向头节点,不需要特殊处理链表末尾的情况。
缺点:
- 实现和维护复杂:插入和删除操作需要特别注意尾节点和头节点之间的关系。
- 查找效率较低:和单向链表一样,需要遍历链表才能找到特定节点,时间复杂度为 O(n)。
3. 流程
初始化单向循环链表:
- 设置头指针为NULL。
- 设置节点个数为0。
插入新节点:
- 判断插入位置是否是0。
- 如果是0,进一步判断链表是否为空:
- 如果链表为空,新节点指向自己,头指针指向新节点。
- 如果链表不为空,找到尾节点,新节点指向头节点,头指针指向新节点,尾节点指向新节点。
- 如果插入位置不是0,找到插入位置的前一个节点,新节点指向前一个节点的后继节点,前一个节点指向新节点。
- 节点个数加1。
删除节点:
- 判断删除位置是否是0。
- 如果是0,保存头节点,进一步判断链表是否只有一个节点:
- 如果链表只有一个节点,头指针置为NULL。
- 如果链表有多个节点,找到尾节点,头指针指向头节点的后继节点,尾节点指向新头节点。
- 如果删除位置不是0,找到删除位置前一个节点,保存要删除的节点,前一个节点指向要删除节点的后继节点。
- 释放被删除的节点,节点个数减1。
获取指定位置的元素:
- 判断索引是否合法,如果不合法返回无效索引。
- 从头节点开始遍历,遍历到目标位置节点,返回节点数据。
修改指定位置的元素:
- 判断索引是否合法,如果不合法忽略位置。
- 从头节点开始遍历,遍历到目标位置节点,修改节点数据。
释放单向循环链表内存:
- 判断链表是否为空,如果为空直接返回。
- 从头节点开始遍历,保存下一个节点,释放当前节点,继续遍历,直到回到头节点。
- 头指针置为NULL,节点个数置为0。
4. 基本操作
初始化单向循环链表
void initCircularLinkedList(CircularLinkedList *list) {list->head = NULL; // 初始化头节点为空list->size = 0; // 初始化节点个数为0
}
- 功能:初始化一个空的单向循环链表。
- 参数:
CircularLinkedList *list
,指向需要初始化的链表结构。 - 操作:
- 将链表的头节点指针
head
设置为NULL
。 - 将链表的节点个数
size
设置为0
。
- 将链表的头节点指针
插入节点
在单向循环链表的指定位置插入新节点。
void insertAt(CircularLinkedList *list, size_t index, int element) {if (index > list->size) {return; // 忽略无效的插入位置}Node *newNode = (Node *)malloc(sizeof(Node)); // 创建新节点newNode->data = element;if (index == 0) { // 插入位置是头节点if (list->head == NULL) { // 如果链表为空newNode->next = newNode;list->head = newNode;} else {Node *tail = list->head;while (tail->next != list->head) {tail = tail->next;}newNode->next = list->head;list->head = newNode;tail->next = newNode;}} else {Node *prevNode = list->head;for (size_t i = 0; i < index - 1; i++) {prevNode = prevNode->next;}newNode->next = prevNode->next;prevNode->next = newNode;}list->size++; // 更新节点个数
}
- 功能:在指定位置插入新节点。
- 参数:
CircularLinkedList *list
,指向链表结构。size_t index
,插入位置的索引。int element
,插入节点的值。
- 操作:
- 检查插入位置是否合法,如果不合法则直接返回。
- 创建一个新节点并赋值。
- 如果插入位置是头节点:
- 如果链表为空,直接将新节点的
next
指针指向自己,并将head
指针指向新节点。 - 如果链表不为空,找到尾节点,更新尾节点和新节点的指针,使新节点成为头节点。
- 如果链表为空,直接将新节点的
- 如果插入位置不是头节点,找到插入位置的前一个节点,更新前一个节点和新节点的指针,使新节点插入到指定位置。
- 更新链表的节点个数。
删除节点
删除指定位置的节点并返回被删除的元素。
int deleteAt(CircularLinkedList *list, size_t index) {if (index >= list->size) {return -1; // 忽略无效的删除位置}int deletedElement;if (index == 0) { // 删除位置是头节点Node *temp = list->head;if (list->head->next == list->head) { // 如果链表只有一个节点list->head = NULL;} else {Node *tail = list->head;while (tail->next != list->head) {tail = tail->next;}list->head = temp->next;tail->next = list->head;}deletedElement = temp->data;free(temp); // 释放被删除节点的内存} else {Node *prevNode = list->head;for (size_t i = 0; i < index - 1; i++) {prevNode = prevNode->next;}Node *temp = prevNode->next;prevNode->next = temp->next;deletedElement = temp->data;free(temp); // 释放被删除节点的内存}list->size--; // 更新节点个数return deletedElement;
}
- 功能:删除指定位置的节点并返回被删除的节点的值。
- 参数:
CircularLinkedList *list
,指向链表结构。size_t index
,删除位置的索引。
- 操作:
- 检查删除位置是否合法,如果不合法则返回
-1
。 - 如果删除位置是头节点:
- 如果链表只有一个节点,将
head
指针置为NULL
。 - 如果链表有多个节点,找到尾节点,更新尾节点和头节点的指针,使头节点指向下一个节点。
- 释放被删除节点的内存,返回被删除节点的值。
- 如果链表只有一个节点,将
- 如果删除位置不是头节点,找到删除位置的前一个节点,更新前一个节点和下一个节点的指针,删除指定位置的节点。
- 更新链表的节点个数,返回被删除节点的值。
- 检查删除位置是否合法,如果不合法则返回
获取节点
// 获取指定位置的元素
int getElementAt(const CircularLinkedList *list, size_t index) {if (index >= list->size) {return -1; // 返回无效的索引}Node *currentNode = list->head;for (size_t i = 0; i < index; i++) {currentNode = currentNode->next;}return currentNode->data; // 返回指定位置的元素
}
- 功能:获取指定位置的节点值。
- 参数:
const CircularLinkedList *list
,指向链表结构。size_t index
,目标位置的索引。
- 操作:
- 检查索引是否合法,如果不合法则返回
-1
。 - 从头节点开始遍历,直到找到目标位置的节点。
- 返回目标位置节点的值。
- 检查索引是否合法,如果不合法则返回
修改节点
// 修改指定位置的元素
void modifyAt(CircularLinkedList *list, size_t index, int newValue) {if (index >= list->size) {return; // 忽略无效的修改位置}Node *currentNode = list->head;for (size_t i = 0; i < index; i++) {currentNode = currentNode->next;}currentNode->data = newValue; // 修改节点的值
}
- 功能:修改指定位置的节点值。
- 参数:
CircularLinkedList *list
,指向链表结构。size_t index
,目标位置的索引。int newValue
,新值。
- 操作:
- 检查索引是否合法,如果不合法则直接返回。
- 从头节点开始遍历,直到找到目标位置的节点。
- 修改目标位置节点的值。
打印所有元素
void printCircularLinkedList(const CircularLinkedList *list) {if (list->head == NULL) {printf("链表为空\n");return;}Node *currentNode = list->head;do {printf("%d ", currentNode->data);currentNode = currentNode->next;} while (currentNode != list->head);printf("\n");
}
- 功能:打印单向循环链表中的所有节点值。
- 参数:
const CircularLinkedList *list
,指向需要打印的链表结构。 - 操作:
- 如果链表为空,打印“链表为空”并返回。
- 从头节点开始遍历,每次打印当前节点的值。
- 继续遍历,直到回到头节点。
释放单向循环链表的内存
void destroyCircularLinkedList(CircularLinkedList *list) {if (list->head == NULL) {return;}Node *currentNode = list->head;Node *nextNode;do {nextNode = currentNode->next;free(currentNode);currentNode = nextNode;} while (currentNode != list->head);list->head = NULL;list->size = 0;
}
- 功能:释放单向循环链表中所有节点的内存。
- 参数:
CircularLinkedList *list
,指向需要释放的链表结构。 - 操作:
- 如果链表为空,直接返回。
- 从头节点开始遍历,每次保存当前节点的下一个节点的指针,释放当前节点的内存。
- 继续遍历,直到回到头节点。
- 将链表的头节点指针
head
置为NULL
,将链表的节点个数size
置为0
。
5. 代码示例
以下是一个完整的单向循环链表实现代码,包括初始化、插入、删除、获取和修改元素,以及释放链表的内存的所有基本操作:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>// 单向循环链表节点结构定义
typedef struct Node {int data; // 节点存储的数据struct Node *next; // 指向下一个节点的指针
} Node;// 单向循环链表结构定义
typedef struct {Node *head; // 单向循环链表头节点指针size_t size; // 单向循环链表中的节点个数
} CircularLinkedList;// 初始化单向循环链表
void initCircularLinkedList(CircularLinkedList *list) {list->head = NULL; // 初始化头节点为空list->size = 0; // 初始化节点个数为0
}// 在指定位置插入元素
void insertAt(CircularLinkedList *list, size_t index, int element) {if (index > list->size) {return; // 忽略无效的插入位置}Node *newNode = (Node *)malloc(sizeof(Node)); // 创建新节点newNode->data = element;if (index == 0) { // 插入位置是头节点if (list->head == NULL) { // 如果链表为空newNode->next = newNode;list->head = newNode;} else {Node *tail = list->head;while (tail->next != list->head) {tail = tail->next;}newNode->next = list->head;list->head = newNode;tail->next = newNode;}} else {Node *prevNode = list->head;for (size_t i = 0; i < index - 1; i++) {prevNode = prevNode->next;}newNode->next = prevNode->next;prevNode->next = newNode;}list->size++; // 更新节点个数
}// 删除指定位置的元素并返回被删除的元素
int deleteAt(CircularLinkedList *list, size_t index) {if (index >= list->size) {return -1; // 忽略无效的删除位置}int deletedElement;if (index == 0) { // 删除位置是头节点Node *temp = list->head;if (list->head->next == list->head) { // 如果链表只有一个节点list->head = NULL;} else {Node *tail = list->head;while (tail->next != list->head) {tail = tail->next;}list->head = temp->next;tail->next = list->head;}deletedElement = temp->data;free(temp); // 释放被删除节点的内存} else {Node *prevNode = list->head;for (size_t i = 0; i < index - 1; i++) {prevNode = prevNode->next;}Node *temp = prevNode->next;prevNode->next = temp->next;deletedElement = temp->data;free(temp); // 释放被删除节点的内存}list->size--; // 更新节点个数return deletedElement;
}// 获取指定位置的元素
int getElementAt(const CircularLinkedList *list, size_t index) {if (index >= list->size) {return -1; // 返回无效的索引}Node *currentNode = list->head;for (size_t i = 0; i < index; i++) {currentNode = currentNode->next;}return currentNode->data; // 返回指定位置的元素
}// 修改指定位置的元素
void modifyAt(CircularLinkedList *list, size_t index, int newValue) {if (index >= list->size) {return; // 忽略无效的修改位置}Node *currentNode = list->head;for (size_t i = 0; i < index; i++) {currentNode = currentNode->next;}currentNode->data = newValue; // 修改节点的值
}// 释放单向循环链表内存
void destroyCircularLinkedList(CircularLinkedList *list) {if (list->head == NULL) {return;}Node *currentNode = list->head;Node *nextNode;do {nextNode = currentNode->next;free(currentNode);currentNode = nextNode;} while (currentNode != list->head);list->head = NULL;list->size = 0;
}// 打印单向循环链表中的所有元素
void printCircularLinkedList(const CircularLinkedList *list) {if (list->head == NULL) {printf("链表为空\n");return;}Node *currentNode = list->head;do {printf("%d ", currentNode->data);currentNode = currentNode->next;} while (currentNode != list->head);printf("\n");
}// 主函数测试单向循环链表操作
int main() {CircularLinkedList myList; // 声明单向循环链表initCircularLinkedList(&myList); // 初始化单向循环链表printf("初始化单向循环链表成功!\n");insertAt(&myList, 0, 1); // 在索引0处插入元素1insertAt(&myList, 1, 2); // 在索引1处插入元素2insertAt(&myList, 2, 3); // 在索引2处插入元素3printf("向单向循环链表插入了3个元素\n");printCircularLinkedList(&myList); // 打印链表中的元素printf("单向循环链表长度为: %zu\n", myList.size); // 获取单向循环链表长度insertAt(&myList, 1, 4); // 在索引1处插入元素4printf("在索引1处插入元素4\n");printCircularLinkedList(&myList); // 打印链表中的元素printf("单向循环链表长度为: %zu\n", myList.size); // 再次获取单向循环链表长度printf("删除索引1处的元素,该元素值是: %d\n", deleteAt(&myList, 1)); // 删除索引1处的元素printCircularLinkedList(&myList); // 打印链表中的元素destroyCircularLinkedList(&myList); // 销毁单向循环链表printf("单向循环链表销毁成功!\n");return 0;
}