数据结构_链表_双向循环链表栈的初始化、插入、删除、修改、查询打印（基于C语言实现）

news/2024/11/7 21:44:39/文章来源:https://www.cnblogs.com/wyfm/p/18534046

一、双向循环链表的原理与应用

双向循环链表与双向链表的区别：指的是双向循环链表的首结点中的prev指针成员指向链表的尾结点，并且双向循环链表的尾结点里的next指针成员指向链表的首结点，所以双向循环链表也属于环形结构。

由于带头结点更加方便用户进行数据访问，所以本次创建一条带头结点的双向循环的链表。

(1) 创建一个空链表，由于是使用头结点，所以就需要申请头结点的堆内存并初始化即可！

(2) 创建新结点，为新结点申请堆内存并对新结点的数据域和指针域进行初始化，操作如下：

(3) 根据情况可以从链表中插入新结点，此时可以分为尾部插入、头部插入、指定位置插入：

头插

尾插

中插

(4) 根据情况可以从链表中删除某结点，此时可以分为尾部删除、头部删除、指定结点删除：

头删

尾删

中删

代码

/*** @file name : DoubleLinkedList.c* @brief     : 实现双向循环链表的相关功能* @author    :yfm3262@163.com* @date      :2024/11/07* @version   :1.0* @note      :* CopyRight (c)  2023-2024   yfm3262@163.com   All Right Reseverd*/

双向循环链表公式

/*** 声明双向循环链表的结点** 双向循环链表总结成公式*     struct xxx*     {*         //指针域(直接前驱的指针域)*         //数据域(需要存放什么类型的数据,你就定义对应的变量即可)*         //指针域(直接后继的指针域)*     };*   双向循环链表的基本操作:*     初始化单向循环链表 √*     插入数据 √*     删除数据 √*     修改数据*     查询打印数据√*/

初始化双向循环链表

构建双向循环链表结点

DoubleLList_t[ *prev | data |*next ]

// 指的是双向链表中的结点有效数据类型，用户可以根据需要进行修改
typedef int DataType_t;// 构造双向链表的结点,链表中所有结点的数据类型应该是相同的
typedef struct DoubleLinkedList
{struct DoubleLinkedList *prev; // 直接前驱的指针域DataType_t data;               // 结点的数据域struct DoubleLinkedList *next; // 直接后继的指针域
} DoubleLList_t;

创建一个空链表（仅头结点）

/*** @name      DoubleCirLList_Create* @brief     创建一个空双向循环链表，空链表应该有一个头结点，头结点前驱指针域和后继指针域名均指向自己, 对链表进行初始化Head-->[*prev|data|*next]* @param* @return*      @retval    Head 头结点地址* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
DoubleLList_t *DoubleCirLList_Create(void)
{// 1.创建一个头结点并对头结点申请内存DoubleLList_t *Head = (DoubleLList_t *)calloc(1, sizeof(DoubleLList_t));if (NULL == Head){perror("Calloc memory for Head is Failed");exit(-1);}// 2.对头结点进行初始化，头结点是不存储数据域，指针域指向自身即可，体现“循环”Head->prev = Head;Head->next = Head;// 3.把头结点的地址返回即可return Head;
}

创建一个新结点

/*** @name      DoubleCirLList_NewNode* @brief     创建新的结点，并对新结点进行初始化（直接前驱指针域+ 数据域 + 直接后继指针域） [*prev|data|*next]* @param     data 要创建结点的元素* @return    程序执行成功与否*      @retval    NULL 申请堆内存失败*      @retval    New  新结点地址* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note      新结点指针域初始化后默认指向自己*/
DoubleLList_t *DoubleCirLList_NewNode(DataType_t data)
{// 1.创建一个新结点并对新结点申请内存DoubleLList_t *New = (DoubleLList_t *)calloc(1, sizeof(DoubleLList_t));if (NULL == New){perror("Calloc memory for NewNode is Failed");return NULL;}// 2.对新结点的数据域和指针域（2个）进行初始化,指针域指向结点自身，体现“循环”New->prev = New;New->data = data;New->next = New;return New;
}

插入数据

头插

/*** @name      DoubleCirLList_HeadInsert* @brief     在双向循环链表的头结点后插入* @param     Head 头指针* @param     data 新元素* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 插入失败*      @retval    true  插入成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_HeadInsert(DoubleLList_t *Head, DataType_t data)
{// 备份头指针, 创建操作指针DoubleLList_t *Current = Head;// 1.创建新结点并对新结点进行初始化DoubleLList_t *New = DoubleCirLList_NewNode(data);if (NULL == New){printf("Failed to create a node, can not insert new node \n");return false;}// 2.判断双向循环链表是否为空,如果为空,则直接插入到头结点之后if (Head->next == Head){Head->next = New; // 让头结点的next指针指向新结点return true;}Head->next->prev->next = New; // 首结点前驱为尾结点地址, 将尾结点链接新首结点New->prev = Head->next->prev; // 将新结点前驱链接尾结点New->next = Head->next; // 新首结点链接旧首结点Head->next->prev = New; // 旧首结点链接新结点Head->next = New;       // 头结点链接新首结点return true;
}

中插

/*** @name       DoubleCirLList_DestInsert* @brief     双向循环链表中的指定元素后面插入新结点* @param     Head 头指针* @param     dest 要查找的结点* @param     data 要插入的数据* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 插入失败*      @retval    true  插入成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_DestInsert(DoubleLList_t *Head, DataType_t dest, DataType_t data)
{DoubleLList_t *Current = Head->next; // 操作指针 初始为指向首结点, 若为空链表则指向头结点// 1.创建新结点并对新结点进行初始化DoubleLList_t *New = DoubleCirLList_NewNode(data);if (NULL == New){printf("can not insert new node , Failed to create a node\n");return false;}// 2.判断双向循环链表是否为空,如果为空,则直接插入到头结点之后if (Head->next == Head){Head->next = New; // 让头结点的next指针指向新结点return true;}// 3.若双向循环链表非空,需要让尾结点的next指针指向新结点,新结点指向首结点// 目标结点是首结点, 不再继续查找. 目标结点非首结点, 继续向下查找while (Current->data != dest){Current = Current->next;                                      // 进入下一个结点if ((Current->next == Head->next) && (Current->data != dest)) // 达到末尾 且 末尾不是目标{printf("The target doesn't exist! \n");return false;}} // 找到目标结点, Current此时指向目标if (Current->next == Head->next) // 目标结点是尾结点{New->next = Head->next; // 尾处理: 新结点直接后继链接首结点Head->next->prev = New; // 头处理: 首结点直接前驱链接新结点New->prev = Current;    // 内部处理: 新结点直接前驱链接旧尾结点Current->next = New;    // 内部处理: 旧结点链接新尾结点}else // 目标结点是中间结点 或首结点{New->next = Current->next;New->prev = Current;Current->next->prev = New;Current->next = New;}return true;
}

尾插

/*** @name      DoubleCirLList_TailInsert* @brief     将新元素插入到尾结点后面* @param     Head 头指针* @param     data 新元素* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 插入失败*      @retval    true  插入成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_TailInsert(DoubleLList_t *Head, DataType_t data)
{DoubleLList_t *Phead = Head; // 备份头结点地址,防止头结点丢失// 1.创建新结点并对新结点进行初始化DoubleLList_t *New = DoubleCirLList_NewNode(data);if (NULL == New){printf("can not insert new node , Failed to create a node\n");return false;}// 2.判断双向循环链表是否为空,如果为空,则直接插入到头结点之后if (Head->next == Head){Head->next = New; // 让头结点的next指针指向新结点return true;}// 3.如果双向循环链表为非空,需要让尾结点的next指针指向新结点,新结点指向首结点New->next = Head->next;       // 新结点链接首结点New->prev = Head->next->prev; // 新结点链接尾结点Head->next->prev->next = New; // 内部处理: 旧尾结点链接新尾结点Head->next->prev = New;       // 首结点链接新尾结点return true;
}

删除数据

头删

/*** @name      DoubleCirLList_HeadDel* @brief     删除首节点* @param      Head 头指针* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 删除失败*      @retval    true  删除成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_HeadDel(DoubleLList_t *Head)
{// 1.创建操作指针// 指向头结点, 操作指针DoubleLList_t *Current = Head;// 2.判断双向循环链表是否为空链表,如果为空, 则退出if (Head == Head->next){printf("DoubleLList is Empty! \n");return false;}// 3.判断链表非空链表// ①若只有首结点if (Head->next == Head->next->next){Head->next->prev = NULL; // 首结点指针域处理, 防止内存泄漏Head->next->next = NULL;free(Head->next);  // 释放首结点, 防止内存泄漏Head->next = Head; // 头结点指向自己, 表示循环return true;}// ②若不止首结点Head->next->prev->next = Head->next->next; // 尾结点直接后继指针域链接新首结点Current = Head->next;                      // 操作指针备份首结点地址Head->next = Current->next;                // 头结点链接新首结点Head->next->prev = Current->prev;          // 新首结点直接前驱指针域链接尾结点Current->prev = NULL;Current->next = NULL;free(Current); // 释放首结点, 防止内存泄漏return true;
}

中删

/*** @name       DoubleCirLList_DestDel* @brief     中删, 删除双向循环链表某个元素结点* @param     Head 头指针* @param     dest 要删除的目标元素* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 删除失败, 未找到目标元素结点*      @retval    true  删除成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_DestDel(DoubleLList_t *Head, DataType_t dest)
{// 1.创建操作指针// 指向头结点, 操作指针DoubleLList_t *Current = Head;// 2.判断双向循环链表是否为空链表,如果为空, 则退出if (Head == Head->next){printf("DoubleLList is Empty! \n");return false;}// 3.若双向循环链表非空// 寻找目标结点while (Current->data != dest){Current = Current->next;                                      // 进入下一个结点, 第一次从头结点跳到尾结点if ((Current->next == Head->next) && (Current->data != dest)) // 若尾结点不是目标结点{printf("The target doesn't exist! \n");return false;}} // 找到目标结点, Current此时指向目标// 目标结点是首结点if (Current == Head->next){// ①若链表只有首结点if (Current->next == Head->next){// 删除首结点, 变成空链表Head->next = Head;} // ②若链表不止首节点Head->next->prev->next = Current->next; // 更新尾结点指针域为新首结点地址Current->next->prev = Head->next->prev; // 更新新首节点的前驱指针域链接尾结点Head->next = Current->next;             // 更新首结点链接新首结点}else if (Current->next == Head->next) // ③目标结点是尾结点{Current->prev->next = Head->next; // 新尾结点链接首结点, 行成循环Head->next->prev = Current->prev;}else // ④目标结点是中间结点{Current->prev->next = Current->next;Current->next->prev = Current->prev;}// 删除目标结点Current->prev = NULL;Current->next = NULL;free(Current); // 防止内存泄漏return true;
}

尾删

/*** @name      DoubleCirLList_TailDel* @brief     删除尾结点* @param     Head 头指针* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 删除失败, 链表为空*      @retval    true  删除成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_TailDel(DoubleLList_t *Head)
{// 1.创建操作指针// 指向头结点, 操作指针DoubleLList_t *Current = Head;// 2.判断双向循环链表是否为空链表,如果为空, 则退出if (Head->next == Head){printf("Error,  Double Circular Linked List is empty! \n");return false;}Current = Head->next->prev; // 备份尾结点// 3.①若双向循环链表非空//  若链表只有首结点if (Head->next == Head->next->next){// 删除首结点, 变成空链表Head->next = Head;// printf("只有首节点的值 %d \n", Head->next->data);}else if (Head->next != Head->next->next) // ②若首结点直接前驱不是自己， 则还有别的结点{// printf("不止只有首节点的值 %d \n", Head->next->data);Head->next->prev = Current->prev; // 首结点直接前驱链接新尾结点Current->prev->next = Head->next; // 新尾结点的直接后继指针域链接首结点}
}

查询打印数据

遍历打印

/*** @name      DoubleCirLList_Print* @brief     从头到尾遍历链表* @param     Head 头指针* @return    无* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
void DoubleCirLList_Print(DoubleLList_t *Head)
{// 判断是否为空链表if (Head->next == Head){printf("The list is empty.\n");return;}DoubleLList_t *Current = Head->next; // 指向首结点printf("Double Circular Linked List: ");while (Current->next) // 不断向下检查结点指针域{printf(" -> %d", Current->data); // 打印结点数据if (Current->next == Head->next) // 结束条件: 达尾结点{break;}Current = Current->next; // 进入下一个结点}printf("\n"); // 刷新行缓冲, 输出缓冲区
}

测试

#include "DoubleCirLList.h"int main(int argc, char const *argv[])
{// 创建单向循环链表, 空链表DoubleLList_t *Manager = DoubleCirLList_Create();// 头插法 向链表中插入新结点printf("*********************************DoubleCirLList_HeadInsert********************************\n");DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 7);DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 4);DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 1);DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 8);DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 5);DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 2);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 2 -> 5 -> 8 -> 1 -> 4 -> 7*/// 中插法 向链表中插入新结点printf("*********************************DoubleCirLList_DestInsert********************************\n");DoubleCirLList_DestInsert(Manager, 7, 9);DoubleCirLList_DestInsert(Manager, 4, 6);DoubleCirLList_DestInsert(Manager, 2, 3);DoubleCirLList_DestInsert(Manager, 5, 10);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 2 -> 3 -> 5 -> 10 -> 8 -> 1 -> 4 -> 6 -> 7 -> 9*/// 尾插法 向链表中插入新结点printf("*********************************DoubleCirLList_TailInsert********************************\n");DoubleCirLList_TailInsert(Manager, 13);DoubleCirLList_TailInsert(Manager, 12);DoubleCirLList_TailInsert(Manager, 11);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 2 -> 3 -> 5 -> 10 -> 8 -> 1 -> 4 -> 6 -> 7 -> 9 -> 13 -> 12 -> 11*/// 头删法 删除首结点printf("*********************************DoubleCirLList_HeadDel********************************\n");DoubleCirLList_HeadDel(Manager);DoubleCirLList_HeadDel(Manager);DoubleCirLList_HeadDel(Manager);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 10 -> 8 -> 1 -> 4 -> 6 -> 7 -> 9 -> 13 -> 12 -> 11*/// 中删法 删除指定结点printf("*********************************DoubleCirLList_DestDel********************************\n");DoubleCirLList_DestDel(Manager, 10);DoubleCirLList_DestDel(Manager, 1);DoubleCirLList_DestDel(Manager, 6);DoubleCirLList_DestDel(Manager, 11);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 8 -> 4 -> 7 -> 9 -> 13 -> 12*/// 尾删法 删除尾结点printf("*********************************DoubleCirLList_TailDel********************************\n");DoubleCirLList_TailDel(Manager);DoubleCirLList_TailDel(Manager);DoubleCirLList_TailDel(Manager);DoubleCirLList_TailDel(Manager);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 8 -> 4*/DoubleCirLList_TailDel(Manager);DoubleCirLList_TailDel(Manager);DoubleCirLList_TailDel(Manager);/*Error,  Double Circular Linked List is empty! */DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 66);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 66*/// 等待用户响应printf("***Press any key to exit the test***\n");getchar();return 0;
}

测试结果:

*********************************DoubleCirLList_HeadInsert********************************
Double Circular Linked List:  -> 2 -> 5 -> 8 -> 1 -> 4 -> 7
*********************************DoubleCirLList_DestInsert********************************
Double Circular Linked List:  -> 2 -> 3 -> 5 -> 10 -> 8 -> 1 -> 4 -> 6 -> 7 -> 9
*********************************DoubleCirLList_TailInsert********************************
Double Circular Linked List:  -> 2 -> 3 -> 5 -> 10 -> 8 -> 1 -> 4 -> 6 -> 7 -> 9 -> 13 -> 12 -> 11
*********************************DoubleCirLList_HeadDel********************************
Double Circular Linked List:  -> 10 -> 8 -> 1 -> 4 -> 6 -> 7 -> 9 -> 13 -> 12 -> 11
*********************************DoubleCirLList_DestDel********************************
Double Circular Linked List:  -> 8 -> 4 -> 7 -> 9 -> 13 -> 12
*********************************DoubleCirLList_TailDel********************************
Double Circular Linked List:  -> 8 -> 4
Error,  Double Circular Linked List is empty! 
Double Circular Linked List:  -> 66
***Press any key to exit the test***

完整代码

DoubleCirLList.h

#ifndef __DOUBLECIRLLIST_H // ifndef是(如果 没有 定义 那么) (__该头文件的名称)
#define __DOUBLECIRLLIST_H // #define是 进行定义
/*** @file name : DoubleLinkedList.c* @brief     : 实现双向循环链表的相关功能* @author    :yfm3262@163.com* @date      :2024/11/07* @version   :1.0* @note      :* CopyRight (c)  2023-2024   yfm3262@163.com   All Right Reseverd*/#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>/*** 声明双向循环链表的结点** 双向循环链表总结成公式*     struct xxx*     {*         //指针域(直接前驱的指针域)*         //数据域(需要存放什么类型的数据,你就定义对应的变量即可)*         //指针域(直接后继的指针域)*     };*   双向循环链表的基本操作:*     初始化单向循环链表 √*     插入数据 √*     删除数据 √*     修改数据*     查询打印数据√*/// 指的是双向链表中的结点有效数据类型，用户可以根据需要进行修改
typedef int DataType_t;// 构造双向链表的结点,链表中所有结点的数据类型应该是相同的
typedef struct DoubleLinkedList
{struct DoubleLinkedList *prev; // 直接前驱的指针域DataType_t data;               // 结点的数据域struct DoubleLinkedList *next; // 直接后继的指针域
} DoubleLList_t;/*** @name      DoubleCirLList_Create* @brief     创建一个空双向循环链表，空链表应该有一个头结点，头结点前驱指针域和后继指针域名均指向自己, 对链表进行初始化Head-->[*prev|data|*next]* @param* @return*      @retval    Head 头结点地址* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
DoubleLList_t *DoubleCirLList_Create(void);/*** @name      DoubleCirLList_NewNode* @brief     创建新的结点，并对新结点进行初始化（直接前驱指针域+ 数据域 + 直接后继指针域） [*prev|data|*next]* @param     data 要创建结点的元素* @return    程序执行成功与否*      @retval    NULL 申请堆内存失败*      @retval    New  新结点地址* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note      新结点指针域初始化后默认指向自己*/
DoubleLList_t *DoubleCirLList_NewNode(DataType_t data);/*** @name      DoubleCirLList_HeadInsert* @brief     在双向循环链表的头结点后插入* @param     Head 头指针* @param     data 新元素* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 插入失败*      @retval    true  插入成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_HeadInsert(DoubleLList_t *Head, DataType_t data);/*** @name       DoubleCirLList_DestInsert* @brief     双向循环链表中的指定元素后面插入新结点* @param     Head 头指针* @param     dest 要查找的结点* @param     data 要插入的数据* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 插入失败*      @retval    true  插入成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_DestInsert(DoubleLList_t *Head, DataType_t dest, DataType_t data);/*** @name      DoubleCirLList_TailInsert* @brief     将新元素插入到尾结点后面* @param     Head 头指针* @param     data 新元素* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 插入失败*      @retval    true  插入成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_TailInsert(DoubleLList_t *Head, DataType_t data);/*** @name      DoubleCirLList_HeadDel* @brief     删除首节点* @param      Head 头指针* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 删除失败*      @retval    true  删除成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_HeadDel(DoubleLList_t *Head);/*** @name       DoubleCirLList_DestDel* @brief     中删, 删除双向循环链表某个元素结点* @param     Head 头指针* @param     dest 要删除的目标元素* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 删除失败, 未找到目标元素结点*      @retval    true  删除成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_DestDel(DoubleLList_t *Head, DataType_t dest);/*** @name      DoubleCirLList_TailDel* @brief     删除尾结点* @param     Head 头指针* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 删除失败, 链表为空*      @retval    true  删除成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_TailDel(DoubleLList_t *Head);/*** @name      DoubleCirLList_Print* @brief     从头到尾遍历链表* @param     Head 头指针* @return    无* @date      2024/04/26* @version   1.0* @note*/
void DoubleCirLList_Print(DoubleLList_t *Head);#endif
// 结束定义

DoubleCirLList.c

/*** @file name : DoubleCirLList.c* @brief     : 实现双向循环链表的相关功能* @author    :yfm3262@163.com* @date      :2024/04/26* @version   :1.0* @note      :* CopyRight (c)  2023-2024   yfm3262@163.com   All Right Reseverd*/
#include "DoubleCirLList.h"/*** @name      DoubleCirLList_Create* @brief     创建一个空双向循环链表，空链表应该有一个头结点，头结点前驱指针域和后继指针域名均指向自己, 对链表进行初始化Head-->[*prev|data|*next]* @param* @return*      @retval    Head 头结点地址* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
DoubleLList_t *DoubleCirLList_Create(void)
{// 1.创建一个头结点并对头结点申请内存DoubleLList_t *Head = (DoubleLList_t *)calloc(1, sizeof(DoubleLList_t));if (NULL == Head){perror("Calloc memory for Head is Failed");exit(-1);}// 2.对头结点进行初始化，头结点是不存储数据域，指针域指向自身即可，体现“循环”Head->prev = Head;Head->next = Head;// 3.把头结点的地址返回即可return Head;
}/*** @name      DoubleCirLList_NewNode* @brief     创建新的结点，并对新结点进行初始化（直接前驱指针域+ 数据域 + 直接后继指针域） [*prev|data|*next]* @param     data 要创建结点的元素* @return    程序执行成功与否*      @retval    NULL 申请堆内存失败*      @retval    New  新结点地址* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note      新结点指针域初始化后默认指向自己*/
DoubleLList_t *DoubleCirLList_NewNode(DataType_t data)
{// 1.创建一个新结点并对新结点申请内存DoubleLList_t *New = (DoubleLList_t *)calloc(1, sizeof(DoubleLList_t));if (NULL == New){perror("Calloc memory for NewNode is Failed");return NULL;}// 2.对新结点的数据域和指针域（2个）进行初始化,指针域指向结点自身，体现“循环”New->prev = New;New->data = data;New->next = New;return New;
}/*** @name      DoubleCirLList_HeadInsert* @brief     在双向循环链表的头结点后插入* @param     Head 头指针* @param     data 新元素* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 插入失败*      @retval    true  插入成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_HeadInsert(DoubleLList_t *Head, DataType_t data)
{// 备份头指针, 创建操作指针DoubleLList_t *Current = Head;// 1.创建新结点并对新结点进行初始化DoubleLList_t *New = DoubleCirLList_NewNode(data);if (NULL == New){printf("Failed to create a node, can not insert new node \n");return false;}// 2.判断双向循环链表是否为空,如果为空,则直接插入到头结点之后if (Head->next == Head){Head->next = New; // 让头结点的next指针指向新结点return true;}Head->next->prev->next = New; // 首结点前驱为尾结点地址, 将尾结点链接新首结点New->prev = Head->next->prev; // 将新结点前驱链接尾结点New->next = Head->next; // 新首结点链接旧首结点Head->next->prev = New; // 旧首结点链接新结点Head->next = New;       // 头结点链接新首结点return true;
}/*** @name       DoubleCirLList_DestInsert* @brief     双向循环链表中的指定元素后面插入新结点* @param     Head 头指针* @param     dest 要查找的结点* @param     data 要插入的数据* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 插入失败*      @retval    true  插入成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_DestInsert(DoubleLList_t *Head, DataType_t dest, DataType_t data)
{DoubleLList_t *Current = Head->next; // 操作指针 初始为指向首结点, 若为空链表则指向头结点// 1.创建新结点并对新结点进行初始化DoubleLList_t *New = DoubleCirLList_NewNode(data);if (NULL == New){printf("can not insert new node , Failed to create a node\n");return false;}// 2.判断双向循环链表是否为空,如果为空,则直接插入到头结点之后if (Head->next == Head){Head->next = New; // 让头结点的next指针指向新结点return true;}// 3.若双向循环链表非空,需要让尾结点的next指针指向新结点,新结点指向首结点// 目标结点是首结点, 不再继续查找. 目标结点非首结点, 继续向下查找while (Current->data != dest){Current = Current->next;                                      // 进入下一个结点if ((Current->next == Head->next) && (Current->data != dest)) // 达到末尾 且 末尾不是目标{printf("The target doesn't exist! \n");return false;}} // 找到目标结点, Current此时指向目标if (Current->next == Head->next) // 目标结点是尾结点{New->next = Head->next; // 尾处理: 新结点直接后继链接首结点Head->next->prev = New; // 头处理: 首结点直接前驱链接新结点New->prev = Current;    // 内部处理: 新结点直接前驱链接旧尾结点Current->next = New;    // 内部处理: 旧结点链接新尾结点}else // 目标结点是中间结点 或首结点{New->next = Current->next;New->prev = Current;Current->next->prev = New;Current->next = New;}return true;
}/*** @name      DoubleCirLList_TailInsert* @brief     将新元素插入到尾结点后面* @param     Head 头指针* @param     data 新元素* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 插入失败*      @retval    true  插入成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_TailInsert(DoubleLList_t *Head, DataType_t data)
{DoubleLList_t *Phead = Head; // 备份头结点地址,防止头结点丢失// 1.创建新结点并对新结点进行初始化DoubleLList_t *New = DoubleCirLList_NewNode(data);if (NULL == New){printf("can not insert new node , Failed to create a node\n");return false;}// 2.判断双向循环链表是否为空,如果为空,则直接插入到头结点之后if (Head->next == Head){Head->next = New; // 让头结点的next指针指向新结点return true;}// 3.如果双向循环链表为非空,需要让尾结点的next指针指向新结点,新结点指向首结点New->next = Head->next;       // 新结点链接首结点New->prev = Head->next->prev; // 新结点链接尾结点Head->next->prev->next = New; // 内部处理: 旧尾结点链接新尾结点Head->next->prev = New;       // 首结点链接新尾结点return true;
}/*** @name      DoubleCirLList_HeadDel* @brief     删除首节点* @param      Head 头指针* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 删除失败*      @retval    true  删除成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_HeadDel(DoubleLList_t *Head)
{// 1.创建操作指针// 指向头结点, 操作指针DoubleLList_t *Current = Head;// 2.判断双向循环链表是否为空链表,如果为空, 则退出if (Head == Head->next){printf("DoubleLList is Empty! \n");return false;}// 3.判断链表非空链表// ①若只有首结点if (Head->next == Head->next->next){Head->next->prev = NULL; // 首结点指针域处理, 防止内存泄漏Head->next->next = NULL;free(Head->next);  // 释放首结点, 防止内存泄漏Head->next = Head; // 头结点指向自己, 表示循环return true;}// ②若不止首结点Head->next->prev->next = Head->next->next; // 尾结点直接后继指针域链接新首结点Current = Head->next;                      // 操作指针备份首结点地址Head->next = Current->next;                // 头结点链接新首结点Head->next->prev = Current->prev;          // 新首结点直接前驱指针域链接尾结点Current->prev = NULL;Current->next = NULL;free(Current); // 释放首结点, 防止内存泄漏return true;
}/*** @name       DoubleCirLList_DestDel* @brief     中删, 删除双向循环链表某个元素结点* @param     Head 头指针* @param     dest 要删除的目标元素* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 删除失败, 未找到目标元素结点*      @retval    true  删除成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_DestDel(DoubleLList_t *Head, DataType_t dest)
{// 1.创建操作指针// 指向头结点, 操作指针DoubleLList_t *Current = Head;// 2.判断双向循环链表是否为空链表,如果为空, 则退出if (Head == Head->next){printf("DoubleLList is Empty! \n");return false;}// 3.若双向循环链表非空// 寻找目标结点while (Current->data != dest){Current = Current->next;                                      // 进入下一个结点, 第一次从头结点跳到尾结点if ((Current->next == Head->next) && (Current->data != dest)) // 若尾结点不是目标结点{printf("The target doesn't exist! \n");return false;}} // 找到目标结点, Current此时指向目标// 目标结点是首结点if (Current == Head->next){// ①若链表只有首结点if (Current->next == Head->next){// 删除首结点, 变成空链表Head->next = Head;} // ②若链表不止首节点Head->next->prev->next = Current->next; // 更新尾结点指针域为新首结点地址Current->next->prev = Head->next->prev; // 更新新首节点的前驱指针域链接尾结点Head->next = Current->next;             // 更新首结点链接新首结点}else if (Current->next == Head->next) // ③目标结点是尾结点{Current->prev->next = Head->next; // 新尾结点链接首结点, 行成循环Head->next->prev = Current->prev;}else // ④目标结点是中间结点{Current->prev->next = Current->next;Current->next->prev = Current->prev;}// 删除目标结点Current->prev = NULL;Current->next = NULL;free(Current); // 防止内存泄漏return true;
}/*** @name      DoubleCirLList_TailDel* @brief     删除尾结点* @param     Head 头指针* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 删除失败, 链表为空*      @retval    true  删除成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool DoubleCirLList_TailDel(DoubleLList_t *Head)
{// 1.创建操作指针// 指向头结点, 操作指针DoubleLList_t *Current = Head;// 2.判断双向循环链表是否为空链表,如果为空, 则退出if (Head->next == Head){printf("Error,  Double Circular Linked List is empty! \n");return false;}Current = Head->next->prev; // 备份尾结点// 3.①若双向循环链表非空//  若链表只有首结点if (Head->next == Head->next->next){// 删除首结点, 变成空链表Head->next = Head;// printf("只有首节点的值 %d \n", Head->next->data);}else if (Head->next != Head->next->next) // ②若首结点直接前驱不是自己， 则还有别的结点{// printf("不止只有首节点的值 %d \n", Head->next->data);Head->next->prev = Current->prev; // 首结点直接前驱链接新尾结点Current->prev->next = Head->next; // 新尾结点的直接后继指针域链接首结点}
}/*** @name      DoubleCirLList_Print* @brief     从头到尾遍历链表* @param     Head 头指针* @return    无* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
void DoubleCirLList_Print(DoubleLList_t *Head)
{// 判断是否为空链表if (Head->next == Head){printf("The list is empty.\n");return;}DoubleLList_t *Current = Head->next; // 指向首结点printf("Double Circular Linked List: ");while (Current->next) // 不断向下检查结点指针域{printf(" -> %d", Current->data); // 打印结点数据if (Current->next == Head->next) // 结束条件: 达尾结点{break;}Current = Current->next; // 进入下一个结点}printf("\n"); // 刷新行缓冲, 输出缓冲区
}

projecttesting.c

/*** @file name : projecttesting.c* @brief     : 实现双向循环链表的相关功能测试* @author    :yfm3262@163.com* @date      :2024/11/07* @version   :1.0* @note      :* CopyRight (c)  2023-2024   yfm3262@163.com   All Right Reseverd*/#include "DoubleCirLList.h"int main(int argc, char const *argv[])
{// 创建单向循环链表, 空链表DoubleLList_t *Manager = DoubleCirLList_Create();// 头插法 向链表中插入新结点printf("*********************************DoubleCirLList_HeadInsert********************************\n");DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 7);DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 4);DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 1);DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 8);DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 5);DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 2);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 2 -> 5 -> 8 -> 1 -> 4 -> 7*/// 中插法 向链表中插入新结点printf("*********************************DoubleCirLList_DestInsert********************************\n");DoubleCirLList_DestInsert(Manager, 7, 9);DoubleCirLList_DestInsert(Manager, 4, 6);DoubleCirLList_DestInsert(Manager, 2, 3);DoubleCirLList_DestInsert(Manager, 5, 10);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 2 -> 3 -> 5 -> 10 -> 8 -> 1 -> 4 -> 6 -> 7 -> 9*/// 尾插法 向链表中插入新结点printf("*********************************DoubleCirLList_TailInsert********************************\n");DoubleCirLList_TailInsert(Manager, 13);DoubleCirLList_TailInsert(Manager, 12);DoubleCirLList_TailInsert(Manager, 11);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 2 -> 3 -> 5 -> 10 -> 8 -> 1 -> 4 -> 6 -> 7 -> 9 -> 13 -> 12 -> 11*/// 头删法 删除首结点printf("*********************************DoubleCirLList_HeadDel********************************\n");DoubleCirLList_HeadDel(Manager);DoubleCirLList_HeadDel(Manager);DoubleCirLList_HeadDel(Manager);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 10 -> 8 -> 1 -> 4 -> 6 -> 7 -> 9 -> 13 -> 12 -> 11*/// 中删法 删除指定结点printf("*********************************DoubleCirLList_DestDel********************************\n");DoubleCirLList_DestDel(Manager, 10);DoubleCirLList_DestDel(Manager, 1);DoubleCirLList_DestDel(Manager, 6);DoubleCirLList_DestDel(Manager, 11);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 8 -> 4 -> 7 -> 9 -> 13 -> 12*/// 尾删法 删除尾结点printf("*********************************DoubleCirLList_TailDel********************************\n");DoubleCirLList_TailDel(Manager);DoubleCirLList_TailDel(Manager);DoubleCirLList_TailDel(Manager);DoubleCirLList_TailDel(Manager);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 8 -> 4*/DoubleCirLList_TailDel(Manager);DoubleCirLList_TailDel(Manager);DoubleCirLList_TailDel(Manager);/*Error,  Double Circular Linked List is empty! */DoubleCirLList_HeadInsert(Manager, 66);DoubleCirLList_Print(Manager);/*Double Circular Linked List:  -> 66*/// 等待用户响应printf("***Press any key to exit the test***\n");getchar();return 0;
}

二、栈的原理与应用

大家学习数据结构的目的是为了更好的处理和存储数据，对于顺序表而言改查比较容易，增删比较麻烦，对于链式表而言，增删比较简单，改查比较麻烦，所以每种数据结构都有不同的特点，用户需要选择合适的数据结构。

思考：数据结构中有一种结构称为栈，而linux内存中的栈空间就是基于此设计的，请问栈应该如何设计？

之前学习linux内存分区的时候，已经知道栈内存自顶向下进行递增，其实栈和顺序表以及链式表都一样，都属于线性结构，存储的数据的逻辑关系也是一对一的。

只不过栈是一种特殊的线性表，特殊在栈的一端是封闭的，数据的插入与删除只能在栈的另一端进行，也就是栈遵循“*后进先出*”的原则。也被成为“LIFO”结构，意思是“last input first output”。

栈（stack）,存储货物或供旅客住宿的地方,可引申为仓库、中转站，所以引入到计算机领域里，就是指数据暂时存储的地方，所以才有进栈（PUSH）、出栈（POP）的说法。

栈就像是一摞书，拿到新书时我们会把它放在书堆的最上面，取书时也只能从最上面的新书开始取。

闭合的一端被称为栈底（Stack Bottom），允许数据的插入与删除的一端被称为栈顶（Stack Top），不包含任何元素的栈被称为空栈。

把数据插入到栈空间的动作被称为入栈或者压栈

从栈空间中删除数据的动作被称为出栈或者弹栈

由于栈也是一种线性结构，所以可以以数组或者链表作为基础，在此基础上实现栈的操作。

以数组作为基础实现栈空间（顺序栈）

数组在内存中占用一块连续的空间，也就是数组元素的内存地址是连续的。为了实现栈，一般是把数组头作为栈底，数组头部到数组尾部作为栈的增长方向，也就是用户只在数组尾部对数据进行插入和删除。

为了方便管理顺序栈所以需要构造管理顺序栈信息的结构体类型，用于记录重要参数，如下：

(1) 创建一个空的顺序栈，并为记录顺序栈信息的结构体申请堆内存，并进行初始化即可！

(2) 根据栈的特性，把新元素从栈顶入栈，也就是从数组的尾部进行元素插入，操作如下：

(3) 根据栈的特性，把元素从栈顶出栈，也就是把元素从数组的尾部把元素删除，操作如下：

(4) 对顺序栈中的元素进行遍历，只需要从顺序栈的栈底开始向栈顶进行遍历，操作如下：

以链表作为基础实现栈空间（链式栈）

如果打算实现链式栈，一般是以链表作为基础，一般是把链表头部作为栈顶，方便数据的插入和删除（头插+头删），链式栈相当于是一个单向不循环的链表。

练习：

设计一个进制转换程序，使用顺序栈设计一个把十进制数转换为十六进制数的接口，实现当通过键盘输入一个非负的十进制数，可以在终端输出对应的十六进制数。

/********************************************************************************************************
*
*
* 该程序实现顺序栈元素的增删改查，目的是提高设计程序的逻辑思维，另外为了提高可移植性，所以顺序栈中元素的
* 数据类型为DataType_t，用户可以根据实际情况修改顺序表中元素的类型。
*
* 另外，为了方便管理顺序栈,所以用户设计SeqStack_t结构体，该结构体中包含三个成员：栈底地址+栈容量+栈顶元素的下标
*
* 
*
* Copyright (c)  2023-2024   yfm3262@163.com   All right Reserved
* ******************************************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>//指的是顺序栈中的元素的数据类型，用户可以根据需要进行修改
typedef int  DataType_t;//构造记录顺序栈SequenceStack各项参数(栈底地址+栈容量+栈顶元素的下标)的结构体
typedef struct SequenceStack
{DataType_t * Bottom;		//记录栈底地址unsigned int Size;			//记录栈容量int			 Top;      		//记录栈顶元素的下标	}SeqStack_t;//创建顺序表并对顺序栈进行初始化
SeqStack_t * SeqStack_Create(unsigned int size)
{//1.利用calloc为顺序栈的管理结构体申请一块堆内存SeqStack_t *Manager = (SeqStack_t *)calloc(1,sizeof(SeqStack_t));if(NULL == Manager){perror("calloc memory for manager is failed");exit(-1); //程序异常终止}//2.利用calloc为所有元素申请堆内存Manager->Bottom = (DataType_t *)calloc(size,sizeof(DataType_t));if (NULL == Manager->Bottom){perror("calloc memory for Stack is failed");free(Manager);exit(-1); //程序异常终止}//3.对管理顺序栈的结构体进行初始化（元素容量 + 最后元素下标）Manager->Size = size;	//对顺序栈中的容量进行初始化Manager->Top = -1;		//由于顺序栈为空，则栈顶元素的下标初值为-1return Manager;
}//判断顺序栈是否已满
bool SeqStack_IsFull(SeqStack_t *Manager)
{return (Manager->Top + 1 == Manager->Size) ? true : false;
}//入栈
bool SeqStack_Push(SeqStack_t *Manager, DataType_t Data)
{//1.判断顺序栈是否已满if ( SeqStack_IsFull(Manager) ){printf("SeqStack Full is Full!\n");return false;}//2.如果顺序栈有空闲空间，则把新元素添加到顺序栈的栈顶Manager->Bottom[++Manager->Top] = Data;return true;
}//判断顺序栈是否为空
bool SeqStack_IsEmpty(SeqStack_t *Manager)
{return (-1 == Manager->Top) ? true : false;
}//出栈
DataType_t SeqStack_Pop(SeqStack_t *Manager)
{DataType_t temp = 0;  //用于存储出栈元素的值//1.判断顺序栈是否为空if ( SeqStack_IsEmpty(Manager) ){printf("SeqStack is Empty!\n");return;}//2.由于删除了一个元素，则需要让顺序栈的栈顶元素下标-1temp = Manager->Bottom[Manager->Top--];return temp;
}//遍历顺序表的元素
void SeqStack_Print(SeqStack_t *Manager)
{for (int i = 0; i <= Manager->Top; ++i){printf(" Stack Element[%d] = %d\n",i,Manager->Bottom[i]);}
}//十进制转换为十六进制
void SeqStack_Dec2Hex(SeqStack_t *Manager,unsigned int Data)   
{int remainder; //用于存储求余之后的余数//1.循环对非负整数进行求余  Data % 16 do{remainder = Data % 16;//分析余数的范围 0~9  10~15 -->A~Fif (remainder < 10){SeqStack_Push(Manager,remainder+'0');}else{SeqStack_Push(Manager,remainder+'A'-10);}Data /= 16;}while(Data != 0);//2.把顺序栈中的元素依次出栈printf("0x");while( !SeqStack_IsEmpty(Manager) ){	printf("%c", SeqStack_Pop(Manager) );}printf("\n");
}// ")hel()()loworl(()d"
bool SeqStack_IsStringVaild(SeqStack_t *Manager,const char *Str)
{char *Pstr = Str; //备份地址，防止地址丢失//1.循环遍历字符串，寻找'(' while( *Pstr ){//判断当前地址下的字符是否为'('，如果是则入栈if (*Pstr == '('){SeqStack_Push(Manager,'(');	}if( *Pstr == ')' ){//判断空栈if(SeqStack_IsEmpty(Manager)){return false;}SeqStack_Pop(Manager);}Pstr++;}//2.判断栈是否为空if(!SeqStack_IsEmpty(Manager)){return false;		}return true;
}int main(int argc, char const *argv[])
{return 0;
}

通过键盘输入一个包括 '(' 和 ')' 的字符串string ，判断字符串是否有效。要求设计算法实现检查字符串是否有效，有效的字符串需满足以下条件：

A. 左括号必须用相同类型的右括号闭合。

B. 左括号必须以正确的顺序闭合。

C. 每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。