Linux内核中的双向循环链表学习

        写在前面：很久没写博客了，因为上一个月要期末考试，所以也就没什么时间去学习其他东西了。现在好了，暑假可以静下心来留在实验室好好搞技术。下面的内容是之前学习过的，现在把它整理出来，就当作是一个总结吧。

 

一、概述

       Linux内核中大量使用了链表这个基本数据结构，因此有必要去窥探一下其“葫芦里卖的是什么药”。先来些基本知识点吧：

1.数据元素间是一对一关系；

2.链表中的元素个数是有限的；

3.同一表中各数据元素的类型和长度相同。

二、实现

      先上代码，有个感性的认识，后面再解释。

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>

//链表头结构
struct list_head
{
    struct list_head *next,*prev;
};

//#define LIST_HEAD_INIT(name)  {&(name),&(name)}
//#define LIST_HEAD(name)  struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)

//链表头初始化
void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list)
{
    list->next = list;
    list->prev = list;
}

//真正实现链表插入操作
void _list_add(struct list_head *nnew,struct list_head *prev,struct list_head *next)
{
    next->prev = nnew;
    nnew->next = next;
    nnew->prev = prev;
    prev->next = nnew;
}

//向链表插入一个节点
void list_add(struct list_head *nnew,struct list_head *head)
{
    _list_add(nnew,head,head->next);
}


#define list_for_each(pos,head) \
    for(pos = (head)->next;pos != (head);pos = pos->next)

#define list_for_each_safe(pos,n,head) \
    for(pos = (head)->next,n = pos->next;pos != (head);pos = n,n = pos->next)

//根据节点中的一个成员在节点中的偏移量找到节点的起始地址
#define list_entry(ptr,type,member) \
    ((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member)))

//真正实现链表删除操作
void _list_del(struct list_head *prev,struct list_head *next)
{
    next->prev = prev;
    prev->next = next;
}

//删除链表中的一个节点
void list_del(struct list_head *entry)
{
    _list_del(entry->prev,entry->next);
    entry->next = NULL;
    entry->prev = NULL;
}

////////////////////////////////////////////////////

//默认链表长度
#define N  10

//定义节点的数据结构
struct numlist
{
    int num;//数据域
    struct list_head list;//指针域
};

//定义链表头节点
struct numlist numhead;


int main()
{

    struct numlist *listnode;
    struct list_head *pos;
    struct numlist *p;
    struct list_head *t;
    int i;

    //初始化链表头节点
    INIT_LIST_HEAD(&numhead.list);

    for(i=0;i<N;i++)
    {
        //为新节点分配内存
        listnode = (struct numlist *)malloc(sizeof(struct numlist));
        //为节点数据域赋值
        listnode->num = i;
        //将该节点插入到链表中
        list_add(&listnode->list,&numhead.list);
        printf("Node %d has been added to doublelist\n",i);
    }

    printf("\n\n\n\n");

    //遍历链表
    list_for_each(pos,&numhead.list)
    {
        i--;
        //找出一个节点
        p = list_entry(pos,struct numlist,list);
        printf("Node %d's data: %d\n",i,p->num);
    }
    
    list_for_each_safe(pos,t,&numhead.list)
    {
        //删除节点
        list_del(pos);
        p = list_entry(pos,struct numlist,list);
        //释放节点的内存
        free(p);
    }

    return 0;
}

      第87行，初始化头节点，让其list成员的两个指针域都指向头节点本身，如图1所示：

                                                                            

                                                                                   图1 初始化后的头节点

 第89~98行，向该链表插入N（等于10）个节点。分析list_add()函数可知，每次插入新节点的位置是介于头节点和头节点的下一个节点之间，并且可以知道这是一个双向循环链表，如图2所示：

                                                   

                                                                                    图2 插入节点后的链表

        第103~109行，遍历整个链表，遍历过程是从头节点的下一个节点开始，直到当前节点等于头结点为终止遍历条件，每遍历到一个节点就有其成员的的值打印出来。第43~44行，这两句的作用是根据节点的其中一个成员得到该节点的起始地址，从而可以访问该节点的其他成员，在Linux中有一个专门的函数container_of()来实现这个功能。第111~118行，遍历整个链表，每遍历到一个节点就先把该节点用临时变量保存起来，然后将该节点的内存收回，从而实现删除操作。

     运行结果：

     总结一下：上面的程序实现了一个双向循环链表，有插入，遍历和删除操作，只要加以修改就可以实现更多功能和更复杂的操作。