Linux核心中的雙向迴圈鏈表學習

        寫在前面：很久沒寫部落格了，因為上一個月要期末考試，所以也就沒什麼時間去學習其他東西了。現在好了，暑假可以靜下心來留在實驗室好好搞技術。下面的內容是之前學習過的，現在把它整理出來，就當作是一個總結吧。

 

一、概述

       Linux核心中大量使用了鏈表這個基本資料結構，因此有必要去窺探一下其“葫蘆裡賣的是什麼藥”。先來些基本知識點吧：

1.資料元素間是一對一關聯性；

2.鏈表中的元素個數是有限的；

3.同一表中各資料元素的類型和長度相同。

 

二、實現

      先上代碼，有個感性的認識，後面再解釋。

  1 #include<stdio.h>  2 #include<malloc.h>  3   4 //鏈表頭結構  5 struct list_head  6 {  7     struct list_head *next,*prev;  8 };  9  10 //#define LIST_HEAD_INIT(name)  {&(name),&(name)} 11 //#define LIST_HEAD(name)  struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name) 12  13 //鏈表頭初始化 14 void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list) 15 { 16     list->next = list; 17     list->prev = list; 18 } 19  20 //真正實現鏈表插入操作 21 void _list_add(struct list_head *nnew,struct list_head *prev,struct list_head *next) 22 { 23     next->prev = nnew; 24     nnew->next = next; 25     nnew->prev = prev; 26     prev->next = nnew; 27 } 28  29 //向鏈表插入一個節點 30 void list_add(struct list_head *nnew,struct list_head *head) 31 { 32     _list_add(nnew,head,head->next); 33 } 34  35  36 #define list_for_each(pos,head) \ 37     for(pos = (head)->next;pos != (head);pos = pos->next) 38  39 #define list_for_each_safe(pos,n,head) \ 40     for(pos = (head)->next,n = pos->next;pos != (head);pos = n,n = pos->next) 41  42 //根據節點中的一個成員在節點中的位移量找到節點的起始地址 43 #define list_entry(ptr,type,member) \ 44     ((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member))) 45  46 //真正實現鏈表刪除操作 47 void _list_del(struct list_head *prev,struct list_head *next) 48 { 49     next->prev = prev; 50     prev->next = next; 51 } 52  53 //刪除鏈表中的一個節點 54 void list_del(struct list_head *entry) 55 { 56     _list_del(entry->prev,entry->next); 57     entry->next = NULL; 58     entry->prev = NULL; 59 } 60  61 //////////////////////////////////////////////////// 62  63 //預設鏈表長度 64 #define N  10 65  66 //定義節點的資料結構 67 struct numlist 68 { 69     int num;//資料域 70     struct list_head list;//指標域 71 }; 72  73 //定義鏈表前端節點 74 struct numlist numhead; 75  76  77 int main() 78 { 79  80     struct numlist *listnode; 81     struct list_head *pos; 82     struct numlist *p; 83     struct list_head *t; 84     int i; 85  86     //初始化鏈表前端節點 87     INIT_LIST_HEAD(&numhead.list); 88  89     for(i=0;i<N;i++) 90     { 91         //為新節點分配記憶體 92         listnode = (struct numlist *)malloc(sizeof(struct numlist)); 93         //為節點資料域賦值 94         listnode->num = i; 95         //將該節點插入到鏈表中 96         list_add(&listnode->list,&numhead.list); 97         printf("Node %d has been added to doublelist\n",i); 98     } 99 100     printf("\n\n\n\n");101 102     //遍曆鏈表103     list_for_each(pos,&numhead.list)104     {105         i--;106         //找出一個節點107         p = list_entry(pos,struct numlist,list);108         printf("Node %d's data: %d\n",i,p->num);109     }110     111     list_for_each_safe(pos,t,&numhead.list)112     {113         //刪除節點114         list_del(pos);115         p = list_entry(pos,struct numlist,list);116         //釋放節點的記憶體117         free(p);118     }119 120     return 0;121 }

      第87行，初始化前端節點，讓其list成員的兩個指標域都指向前端節點本身，1所示：

                                                                            

                                                                                   圖1 初始化後的前端節點

 第89~98行，向該鏈表插入N（等於10）個節點。分析list_add()函數可知，每次插入新節點的位置是介於前端節點和前端節點的下一個節點之間，並且可以知道這是一個雙向迴圈鏈表，2所示：

 

                                                   

                                                                                    圖2 插入節點後的鏈表

        第103~109行，遍曆整個鏈表，遍曆過程是從前端節點的下一個節點開始，直到當前節點等於頭結點為終止遍曆條件，每遍曆到一個節點就有其成員的的值列印出來。第43~44行，這兩句的作用是根據節點的其中一個成員得到該節點的起始地址，從而可以訪問該節點的其他成員，在Linux中有一個專門的函數container_of()來實現這個功能。第111~118行，遍曆整個鏈表，每遍曆到一個節點就先把該節點用臨時變數儲存起來，然後將該節點的記憶體收回，從而實現刪除操作。

     運行結果：

 

     總結一下：上面的程式實現了一個雙向迴圈鏈表，有插入，遍曆和刪除操作，只要加以修改就可以實現更多功能和更複雜的操作。