数据结构（三）循环链表

一、循环链表

（一）概念

操作和单向链表的操作基本一样
只是判断链表结束的条件不同

循环链表又分为有头循环链表和无头循环链表，其中无头结点的循环链表相对更常见些，因此下文以实现无头循环链表为例。

（二）示意图

（三）操作

1. 创建循环链表

（1）函数声明

int create_list(nd_t **phead,int num);

创建循环链表的第一个节点，
第一个节点的next指向它自己
将第一个节点的堆区地址传给main函数中的指针

（2）注意点

1. 入参不能为空
2. 因为需要将申请的第一个节点的地址写入main函数中的指针变量中，因此必须传入二级指针
3. 申请内存空间后检查是否申请成功

（3）代码实现

int create_list(nd_t **phead,int num){if(NULL==phead){return -1;}*phead=(nd_t *)malloc(sizeof(nd_t));if(NULL==phead){return -1;}(*phead)->data=num;(*phead)->next=*phead; return 0;
}

2. 插入（头插，尾插，任意位置插入）

（1）头插

① 函数声明

int insert_list_by_head(nd_t **phead,int num);

创建新节点
找到尾节点，将尾节点的next指向新的节点
新节点的next指向首节点
*phead指向pnew

② 注意点

1. 入参不能为NULL
2. 头插需要更改main函数中phead指针的值，因此需要传二级指针
3. 需要保证链表中至少有一个节点，无头链表中只要phead不为NULL，就说明至少有一个节点

③ 代码实现

int insert_list_by_head(nd_t **phead,int num){//需要保证链表至少有一个节点if(NULL==phead){return -1;}//创建新节点nd_t *pnew=(nd_t *)malloc(sizeof(nd_t));if(NULL==pnew)return -1;pnew->data=num;//找到尾节点nd_t *ptemp=(*phead)->next;while(ptemp->next!=*phead){ptemp=ptemp->next;}//插入ptemp->next=pnew;pnew->next=(*phead);*phead=pnew;return 0;
}

（2）尾插

① 函数声明

int insert_list_by_tail(nd_t **phead,int num);

创建新节点
找到尾节点，将尾节点的next指向新的节点
新节点的next指向首节点

② 注意点

1. 头插和尾插的区别仅在于是否需要修改main函数中的指针变量

③ 代码实现

int insert_list_by_tail(nd_t *phead,int num){if(NULL==phead)return -1;//创建新节点nd_t *pnew=(nd_t *)malloc(sizeof(nd_t));if(NULL==pnew)return -1;pnew->data=num;//找到尾节点nd_t *ptemp=(phead)->next;while(ptemp->next!=phead){ptemp=ptemp->next;}//插入ptemp->next=pnew;pnew->next=phead;return 0;
}

（3）任意位置插入

① 函数声明

int insert_list_by_pos(nd_t *phead,int pos,int num);

找到要插入的位置的前一个节点
创建新节点
插入节点

② 注意点

1. 不支持插入在第一个位置
2. 如果插入的前一个位置在最后一个可以，但是在第一个就不合理了

③ 代码实现

int insert_list_by_pos(nd_t *phead,int pos,int num){if(NULL==phead)return -1;//不支持插入在第0个位置if(pos<=0)return -1;//找到要插入的节点的前一位nd_t *ptemp=phead;for(int i=0;i<pos-1;i++){ptemp=ptemp->next;        //如果插入的前一个位置在最后一个可以，但是在第一个就不合理了if(ptemp==phead){printf("插入位置不合理\n");return -1;}}//创建新节点nd_t *pnew=(nd_t *)malloc(sizeof(nd_t));if(NULL==pnew)return -1;pnew->data=num;//插入节点pnew->next=ptemp->next;ptemp->next=pnew;return 0;
}

3. 删除（头删，尾删，任意位置删除）

（1）头删

① 函数声明

int delete_list_by_head(nd_t **phead);

找到尾节点
尾节点的next置成*phead->next
*phead=*phead->next
free(pdef)

② 注意点

1. 需要传入二级指针
2. 当表中只有一个节点时，进行删除操作时相当于将表销毁了。

③ 代码实现

int delete_list_by_head(nd_t **phead){//至少有一个节点if(NULL==phead)return -1;//只有一个节点if((*phead)->next==*phead){free(*phead);*phead=NULL;printf("表已清空\n");return 0;}//多个节点//找到尾节点nd_t *ptemp=(*phead)->next;while(ptemp->next!=*phead){ptemp=ptemp->next;}//头删nd_t *pdel=*phead;*phead=(*phead)->next;ptemp->next=*phead;free(pdel);pdel=NULL;return 0;
}

（2）尾删

① 函数声明

int delete_list_by_tail(nd_t **phead);

找到尾节点的前一节点，
尾删操作

② 注意点

1. 需要传入二级指针
2. 当表中只有一个节点时，进行删除操作时相当于将表销毁了。

③ 代码实现

int delete_list_by_tail(nd_t **phead){//至少有一个节点if(NULL==phead)return -1;//只有一个节点if((*phead)->next==*phead){free(*phead);*phead=NULL;printf("表已清空\n");return 0;}//多个节点//找到尾节点的前一个节点nd_t *ptemp=(*phead)->next;while(ptemp->next->next!=*phead){ptemp=ptemp->next;}//尾删nd_t *pdel=ptemp->next;ptemp->next=*phead;free(pdel);pdel=NULL;return 0;
}

（3）任意位置删除

① 函数声明

int delete_list_by_pos(nd_t **phead,int pos);

② 注意点

1. 链表中至少有一个节点
2. 如果只有一个节点时要删除第0个位置可以成功，此时链表销毁；其他位置均为不合理
3. 如果多个节点时，需要区分是不是要删除头节点
4. ptemp是要删除的节点的前一个节点，它不能是尾节点

③ 代码实现

int delete_list_by_pos(nd_t **phead,int pos){//至少有一个节点if(NULL==phead)return -1;if(0>pos){return -1;}//如果链表中只有一个节点if((*phead)->next==*phead){//删除第一个位置的节点if(0==pos){free(*phead);*phead=NULL;return 0;}//删除其他位置节点，均是位置不合理printf("位置不合理\n");return -1;}//链表有多个节点nd_t *pdel=*phead;//删除第一个位置的节点//找到尾节点nd_t *ptemp=(*phead)->next;while(ptemp->next!=*phead){ptemp=ptemp->next;}if(0==pos){*phead=(*phead)->next;ptemp->next=*phead;free(pdel);pdel=NULL;return 0;}//删除其他位置节点//找到要删除的节点的前一个节点ptemp=(*phead);for(int i=0;i<pos-1;i++){//要删除的节点的前一个节点不能是尾节点if(ptemp->next->next==*phead){printf("删除位置不合理\n");return -1;}ptemp=ptemp->next;}pdel=ptemp->next;ptemp->next=pdel->next;free(pdel);pdel=NULL;return 0;
}

4. 修改

（1）函数定义

int modify_list_by_pos(nd_t *phead,int pos,int num);

遍历链表找到第pos个位置

（2）注意点

1. 如果已经到达尾节点就不能再继续向下遍历修改

（3）代码实现

int modify_list_by_pos(nd_t *phead,int pos,int num){//至少有一个节点if(NULL==phead)return -1;if(0>pos){return -1;}//找到第pos个位置nd_t *ptemp=phead;for(int i=0;i<pos;i++){if(ptemp->next==phead){printf("位置不合理\n");return -1;}ptemp=ptemp->next;}ptemp->data=num;return 0;
}

5. 查询

（1）函数定义

int search_list_by_pos(nd_t *phead,int pos,int *num);

找到第pos个位置
读取数据域数据

（2）注意点

1. 查询和修改的唯一区别是对数据的处理，修改是将新的数据写到第pos尾的数据域；修改是将pos位的数据域写到num中
2. 循环结束条件与修改和删除一样

（3）代码实现

int search_list_by_pos(nd_t *phead,int pos,int *num){//至少有一个节点if(NULL==phead||NULL==num)return -1;if(0>pos){return -1;}//找到第pos个位置nd_t *ptemp=phead;for(int i=0;i<pos;i++){if(ptemp->next==phead){printf("位置不合理\n");return -1;}ptemp=ptemp->next;}*num=ptemp->data;return 0;
}

6. 清空和销毁

（1）函数定义

int destory_list(nd_t **phead);

先判断是不是只有一个节点
采用尾删（使用头删的话还要一直修改main函数中的指针变量的值）

（2）注意点

1. 使用二级指针
2. 入参不能为空

（3）代码实现

int destory_list(nd_t **phead){if(NULL==phead){return -1;}nd_t *ptemp=*phead;//不止一个节点//采用尾删，先找到尾节点前一个节点while(ptemp->next!=ptemp){while (ptemp->next->next!=*phead){ptemp=ptemp->next;}nd_t *pdel=ptemp->next;ptemp->next=pdel->next;free(pdel);}//此时只有一个节点了free(*phead);*phead=NULL;printf("表已清空\n");return 0;
}

7. 打印链表（方便查看实验现象）

（1）函数定义

int print_list(nd_t *phead);

先打印出第一个节点，
遍历链表，直到ptemp->next==phead时结束

（2）注意点

1. 在无头链表中phead为NULL，则说明表为空。phead->next==NULL，说明没有第二个节点。

（3）代码实现

int print_list(nd_t *phead){if(NULL==phead)return -1;nd_t *ptemp=phead->next;printf("%d ",phead->data);while(ptemp!=phead){printf("%d ",ptemp->data);ptemp=ptemp->next;}putchar(10);return 0;
}

8. 排序（以正序排序为例）

（1）函数定义

int sort_list(nd_t *phead);

选择排序思路

（2）注意点

1. 外层循环可以不比较最后一个元素

（3）代码实现

int sort_list(nd_t *phead){if(NULL==phead){return -1;}nd_t *p=phead;nd_t *q=NULL;while(p->next!=phead){q=p->next;while(q!=phead){if(p->data>q->data){int temp=p->data;p->data=q->data;q->data=temp;}q=q->next;}p=p->next;}return 0;
}

9.剔重

（1）函数定义

int dedup(nd_t *phead);

动静指针配合
选择排序思路

（2）注意点

1. 此时外层循环使用p->next!=phead或者p!=phead均可，循环链表此刻不会报段错误，但是用第一种效率会相对略高

（3）代码实现

int dedup_list(nd_t *phead){//至少有一个元素if(NULL==phead){return -1;}nd_t *p=phead;nd_t *q=NULL;nd_t *m=NULL;while(p->next!=phead){m=p;q=p->next;while(q!=phead){if(p->data==q->data){m->next=q->next;free(q);q=m->next;}else{m=q;q=q->next;}}p=p->next;}
}

（四）应用：实现约瑟夫环

1.问题描述

有一位叫约瑟夫的将军，在一次战斗中，连同手下的士兵一起被俘虏了。手下的士兵都非常爱国，宁死不投降，约瑟夫将军想了个办法：
让大家站成一圈，开始数数，从1开始数，数到7的人就自杀，
下一个人重新从1开始数，数到7再自杀，依次类推
直到只剩下一个人为止，最终剩下的就是约瑟夫将军，
然后他不想死，他投降了。这种“圈”，我们称之为“约瑟夫环”

要求：编写代码，模拟约瑟夫环淘汰人的过程，
命令行输入 ./a.out 总人数 数到几自杀 (总人数>1 数到几自杀>1 )
要求程序输出：
第x次 淘汰的是y号
以及最终剩下的是几号
如：输入 ./a.out 5 3 则程序输出
第1次 淘汰的是3号
第2次 淘汰的是1号
第3次 淘汰的是5号
第4次 淘汰的是2号
最后剩下的是 4 号

2. 问题分析

首先需要检查参数的合理性，参数都是以字符串形式保存的，需要转换成int型数据；
无头链表创建链表时就是创建第一个节点，即编号为1的人，之后依次开始创建节点

3. 代码实现

main.c文件：

#include "circle_list.h"int del(nd_t *phead,int n);
int main(int argc, char const *argv[])
{if(3 != argc){printf("参数不合理\n");return -1;}int num=atoi(argv[1]); //保存个数int n=atoi(argv[2]);//数到几if(num<=0){printf("人数应当大于0\n");return-1;}nd_t *phead=NULL;//第一个人及其编号create_list(&phead,1);//后面的人for(int i=2;i<=num;i++){if(insert_list_by_tail(phead,i)){printf("插入失败\n");return -1;}}print_list(phead);  del(phead,n);return 0;
}int del(nd_t *phead,int n)
{if(NULL==phead){printf("传参错误\n");return -1;}if(0>=n){printf("传参错误，n应当大于0\n");return -1;}int index=0;nd_t *pptemp=NULL;while(phead->next!=phead){for(int i=0;i<n-1;i++) //phead默认移到下一位了，故只需要再移动n-1次{pptemp=phead;phead=phead->next;}//此时phead是需要删除的节点，执行删除操作pptemp->next=phead->next; printf("第%d次删除%d\n",index+1,phead->data);free(phead);//删除完成后pead等于后一个节点phead=pptemp->next;index++;}printf("%d存活\n",phead->data);free(phead);phead=NULL;return 0;
}

二、代码源码已上传资源

链接：C语言实现循环链表源码链接