Linux核心學習之鏈表

文章參照任橋位Linux核心修鍊之道3.6節編寫。

在Linux核心中大量地方使用了鏈表這個資料結構。相信科班出身的學生或者自己學習過資料結構的同學都不陌生，不錯，他就是最簡單的線性結構——鏈表。不過，在核心當中，一般採用的都是迴圈雙聯表的資料結構。因為源碼有三百多行我就不貼在這裡，有興趣的去下載一下：http://download.csdn.net/detail/huiguixian/3889011。

1. 鏈表的定義

這個跟我們在課本上學習的一樣，相當簡單。包括了一個前項指標，和後項指標。是不是有點不對勁？不錯，竟然沒有資料域！不急，我們慢慢看。

struct list_head {        struct list_head *next, *prev;};

沒有資料是核心鏈表的一大特色，因為他採用的方式比較特殊，他不是用鏈表來包含資料的，而是讓資料項目反回來包含鏈表的。剛開始多多少少有點難以理解，下面會解釋的。

2. 鏈表的的定義和初始化

(1)採用LIST_HEAD宏在編譯時間靜態初始化

#defineLIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }#defineLIST_HEAD(name) \        struct list_head name =LIST_HEAD_INIT(name)

LIST_HEAD_INIT是宏定義，也就是說在定義的時候把他擴充一下就很容易理解了。比如初始化語句為

LIST_HEAD(event_list)，可以理解為

struct list_headevent_list = { &event_list, &event_list }

結構體大家應該還沒有忘記吧，裡面有一條可以按照成員順序在定義時對其進行初始化，所以這句就很明顯了。目的是把next prev指標初始化指向它本身。

(2)採用INIT_LIST_HEAD函數在運行時動態初始化，這個目的一眼就看出來了，同上面一樣。

static inline voidINIT_LIST_HEAD(struct list_head *list){        list->next = list;        list->prev = list;}

3. 判斷鏈表是否為空白的操作，即是判斷是否指向自己本身而已

static inline intlist_empty(const struct list_head *head){        return head->next == head;}

4.插入操作，學過鏈表操作的都看得懂，看不懂的自己去學鏈表去。

static inline void__list_add(struct list_head *new,                             struct list_head *prev,                             struct list_head *next){        next->prev = new;        new->next = next;        new->prev = prev;        prev->next = new;}static inline voidlist_add(struct list_head *new, struct list_head *head){        __list_add(new, head,head->next);}static inline voidlist_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head){        __list_add(new, head->prev,head);}

5. 移動、刪除等等類似，主要講遍曆！遍曆的精彩部分在於鏈表是被資料包含著的，如何通過被包含的鏈表取出包含他的資料（有點拗口）

比如書上舉的那個例子：

struct list_head*tmp;struct usb_hub *hub;tmp =hub_event_list.next;hub = list_entry(tmp,struct usb_hub, event_list);

資料結構是usb_hub，裡麵包含著一個list_head資料項目，然後現在有一個list_head的鏈表hub_event_list，要取出裡麵包含hub_event_list.next的資料usb_hub。這就是上述代碼的功能。最重要的函數為list_entry，代碼如下：

#definelist_entry(ptr, type, member) \        container_of(ptr, type, member)

這個不用解釋，他調用的是container_of(ptr, type, member)，直接看這個宏定義

#definecontainer_of(ptr, type, member) ({         \    const typeof( ((type *)0)->member )*__mptr = (ptr);    \    (type*)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})#defineoffsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)

這個看起來比較費力。需要一步步理解。首先，宏定義不是函數，宏定義的參數不受函數的限制，所以在list_entry和container_of的第二個參數都是以資料類型做參數的。另外GCC有一個對ISO C的擴充，就是他支援typeof操作，具體可以看這裡：http://blog.csdn.net/huiguixian/article/details/7045311 。主要看最後講解typeof。簡單來看他就是可以返回一個類型，基本可以用在你想用的任何時候。

接著上面的例子來解釋：

type為usb_hub，type *就是usb_hub*，0可以理解為NULL，也就是usb_hub->event_list就是((type *)0)->member。一整句就是定義了一個list_head類型的常量指標，指向了參數的event_list。然後下一步是通過計算位移量，讓這個指標減去這個位移量，即減去後的指標指向的可以看作是一個usb_hub的資料結構，至此就把usb_hub取出來了。