sys/queue.h分析

最新推荐文章于 2023-07-06 10:20:26 发布

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本文详细介绍了在系统头文件sys/queue.h中的链表/队列实现，特别是尾队列（tailqueue）的使用方法，通过示意图和测试程序展示了如何初始化、插入、删除元素，以及遍历队列的过程。

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这两天有兴趣学习使用了下系统头文件sys/queue.h中的链表/队列的实现，感觉实现的很是优美，关键是以后再也不需要自己实现这些基本的数据结构了，哈哈！

我的系统环境是

正好需要使用队列，那么本篇就以其中的尾队列（tail queue）为例，结合实际的测试程序和示意图（亿图软件）来说明。

测试程序tailq.c如下：

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <sys/queue.h>  
  
struct _Data {  
	int                 value;  
	TAILQ_ENTRY(_Data)  tailq_entry;  
};  
  
int main(int argc, const char *argv[])  
{  
	/* 1. 初始化队列 */  
#if 0  
	TAILQ_HEAD(tailq_head, _Data)   head = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(head);  
#else  
	TAILQ_HEAD(tailq_head, _Data)   head;  
	TAILQ_INIT(&head);  
#endif  
	int i;  
	struct _Data *pdata = NULL;  
  
	/* 2. 在队列末尾插入data1 */  
	struct _Data *data1 = (struct _Data *)calloc(1, sizeof(struct _Data));  
	data1->value = 1;  
	TAILQ_INSERT_TAIL(&head, data1, tailq_entry);  
	/* 3. 在队列末尾插入data2 */  
	struct _Data *data2 = (struct _Data *)calloc(1, sizeof(struct _Data));  
	data2->value = 2;  
	TAILQ_INSERT_TAIL(&head, data2, tailq_entry);  
	/* 4. 在data1之后插入data3 */  
	struct _Data *data3 = (struct _Data *)calloc(1, sizeof(struct _Data));  
	data3->value = 3;  
	TAILQ_INSERT_AFTER(&head, data1, data3, tailq_entry);  
	/* 5. 在data2之前插入data4 */  
	struct _Data *data4 = (struct _Data *)calloc(1, sizeof(struct _Data));  
	data4->value = 4;  
	TAILQ_INSERT_BEFORE(data2, data4, tailq_entry);  
	/* 6. 在队列首部插入data5 */  
	struct _Data *data5 = (struct _Data *)calloc(1, sizeof(struct _Data));  
	data5->value = 5;  
	TAILQ_INSERT_HEAD(&head, data5, tailq_entry);  
	/* 遍历队列 */  
	TAILQ_FOREACH(pdata, &head, tailq_entry) {  
		printf("pdata->value1 = %d\n", pdata->value);       
	}  
	puts("");  
	/* 7. 删除data5 */  
	TAILQ_REMOVE(&head, data5, tailq_entry);  
	free(data5);	/* TAILQ_REMOVE宏只是从队列中删除该节点，因此还需手动free */
  
	TAILQ_FOREACH(pdata, &head, tailq_entry) {  
		printf("pdata->value1 = %d\n", pdata->value);       
	}  
	puts("");  
  
	/* 正序遍历尾队列 */  
	/* 方法一 */  
	TAILQ_FOREACH(pdata, &head, tailq_entry) {  
		printf("pdata->value1 = %d\n", pdata->value);       
	}  
	puts("");  
	/* 方法二 */  
	for (pdata = TAILQ_FIRST(&head); pdata;   
					pdata = TAILQ_NEXT(pdata, tailq_entry)) {  
		printf("pdata->value1 = %d\n", pdata->value);       
	}  
  
	puts("");  
  
	/* 逆序遍历尾队列 */  
	/* 方法一 */  
	TAILQ_FOREACH_REVERSE(pdata, &head, tailq_head, tailq_entry) {  
		printf("pdata->value1 = %d\n", pdata->value);       
	}  
	puts("");  
	/* 方法二 */  
	for (pdata = TAILQ_LAST(&head, tailq_head); pdata;   
			pdata = TAILQ_PREV(pdata, tailq_head, tailq_entry)) {  
		printf("pdata->value1 = %d\n", pdata->value);       
		TAILQ_REMOVE(&head, pdata, tailq_entry);  
		free(pdata);  
	}  
  
	if (TAILQ_EMPTY(&head)) {  
		printf("the tail queue is empty now.\n");     
	}  
  
	exit(EXIT_SUCCESS);  
}

代码github地址： https://github.com/astrotycoon/sys-queue.h

我们首先来看一下这个尾队列的定义：

注意，其中的tqe_prev指向的不是前一个元素，而是前一个元素中的tqe_next，这样定义的一个好处就是*tqe_prev就是自身的地址，**tqe_prev就是自身。

好，现在就顺着我的测试程序来一步步看如何使用这个尾队列吧！

第一步是初始化步骤。关于初始化我们有两种方法：使用宏TAILQ_HEAD_INITIALIZER或者使用宏TAILQ_INIT，这两者都是可以的，唯一的区别是传递给宏TAILQ_INIT的是地址，而传递给宏TAILQ_HEAD_INITIALIZER的不是，这点需要引起我们的注意。

初始化后的数据结构怎样的呢？我们看下示意图：

接下来的两个步骤（步奏2和步奏3）都是在这个队列的尾部追加元素（data1和data2），使用的是宏TAILQ_INSERT_TAIL：

那么队列的变化过程是这样的，请看示意图：

接下来的操作是在data1之前插入data3，使用的是宏TAILQ_INSERT_AFTER：

形象的示意图如下：

整理后的示意图如下：

紧接着的操作是在data2之前插入data4，使用的是宏TAILQ_INSERT_BEFORE：

形象的示意图如下：

整理后的示意图如下：

现在在队列首部插入data5，使用的是宏TAILQ_INSERT_HEAD：

形象的示意图如下：

整理后的示意图如下：

删除数据data5使用是宏TAILQ_REMOVE：

现在的队列布局如下：

好了，基本的操作就这么多，接下来我们看看提供的几个数据元素访问方法：

前三个很简单，一看就懂，我们重点分析下TAILQ_LAST和TAILQ_PREV。

TAILQ_LAST的目的是获取队列中的最后一个元素的地址，注意是地址哦！(head)->tqh_last代表的是最后一个元素中tqe_next的地址，通过强转之后，((struct headname *)((head)->tqh_last))->tqh_last实际上就是最后一个元素中的tqe_prev，而文章一开始介绍定义的时候就说过，*tqe_prev代表的是自身元素的地址，所以TAILQ_LAST最后获取的就是最后一个元素的地址，宏TAILQ_PREV的道理是一样的。

OK，测试程序接下来就是遍历整个队列，并打印出数据，可以使用提供的宏TAILQ_FOREACH，也可以使用上述的几个访问方法来遍历。

好了，其实本文没啥内容，对我个人而言就主要是想熟悉下亿图这个软件，哈哈