Linux hlist 数据结构解析-优快云博客

来自：http://blog.youkuaiyun.com/zhanglei4214/article/details/6767288

在Linux内核中，hlist（哈希链表）使用非常广泛。本文将对其数据结构和核心函数进行分析。

和hlist相关的数据结构有两个（1）hlist_head和（2）hlist_node

struct hlist_head {
    struct hlist_node *first;
};

struct hlist_node {
    struct hlist_node *next, **pprev;
}

顾名思义，hlist_head表示哈希表的头结点。哈希表中每一个entry(hlist_entry)所对应的都是一个链表(hlist)，该链表的结点由hlist_node表示

感觉上图更正确点。

hlist_head结构体只有一个域，即first。 first指针指向该hlist链表的第一个节点。
hlist_node结构体有两个域，next 和pprev。 next指针很容易理解，它指向下个hlist_node结点，倘若该节点是链表的最后一个节点，next指向NULL。

pprev是一个二级指针，它指向前一个节点的next指针。为什么我们需要这样一个指针呢？它的好处是什么？

在回答这个问题之前，我们先研究另一个问题：为什么散列表的实现需要两个不同的数据结构？

散列表的目的是为了方便快速的查找，所以散列表通常是一个比较大的数组，否则“冲突”的概率会非常大，这样也就失去了散列表的意义。如何做到既能维护一张大表，又能不使用过多的内存呢？就只能从数据结构上下功夫了。

所以对于散列表的每个entry，它的结构体中只存放一个指针，解决了占用空间的问题。现在又出现了另一个问题：数据结构不一致。显然，如果hlist_node采用传统的next,prev指针，对于第一个节点和后面其他节点的处理会不一致。这样并不优雅，而且效率上也有损失。

hlist_node巧妙地将pprev指向上一个节点的next指针的地址，由于hlist_head和hlist_node指向的下一个节点的指针类型相同，这样就解决了通用性！

------------------------------------------感觉还是没解释清楚。

双头（next，prev）的双链表对于Hash表来说“过于浪费”，因而另行设计了一套Hash表专用的hlist数据结构--单指针表头双循环链表，hlist的表头仅有一个指向首节点的指针，而没有指向尾节点的指针，这样在可能是海量的Hash表中存储的表头就能减少一半的空间消耗。

pprev因为hlist不是一个完整的循环链表而不得不使用。在list中，表头和节点是同一个数据结构，直接使用prev没问题；在hlist中，表头没有prev，也没有next，只有一个first。为了能统一地修改表头的first指针，即表头的first指针必须修改指向新插入的节点，hlist就设计了pprev。hlist节点的pprev不再是指向前一个节点的指针，而是指向前一个节点（可能是表头）中的next（对于表头则是first）指针，从而在表头插入的操作可以通过一致的“*(node->pprev)”访问和修改前节点的next（或first）指针。

注：pprev是指向前一个节点中的next指针，next是指向hlist_node的指针，所以pprev是一个指向hlist_node的指针的指针。

下面我们再来看一看hlist_node这样设计之后，插入删除这些基本操作会有什么不一样。

__hlist_del用来删除节点n。

static inline void __hlist_del(struct hlist_node *n)
{
    struct hlist_node *next = n->next;
    struct hlist_node **pprev = n->pprev;
    *pprev = next;
    if  (next)
        next->pprev = pprev;
}

首先获取n的下一个节点next， n->pprev指向n的前一个节点的next指针的地址，这样*pprev就代表n前一个节点的下一个节点（现在即n本身），第三行代码*pprev=next;就将n的前一个节点和下一个节点关联起来了。至此，n节点的前一个节点的关联工作就完成了，现在再来完成下一个节点的关联工作。如果n是链表的最后一个节点，那么n->next即为空，则无需任何操作，否则，next->pprev = pprev。

给链表增加一个节点需要考虑两个条件：（1）是否为链表的首个节点（2）普通节点。

static inline void hlist_add_head(struct hlist_node *n, struct hlist_head *h)
{
    struct hlist_node *first = h->first;
    n->next = first;
    if (first)
        first->pprev = &n->next;
    h->first = n;
    n->pprev = &h->first;
}

首先讨论条件（1）。

first = h->first; 获取当前链表的首个节点；

n->next = fist; 将n作为链表的首个节点，让first往后靠；

先来看最后一行 n->pprev - &h->first; 将n的pprev指向hlist_head的first指针，至此关于节点n的关联工作就做完了。

再来看倒数第二行 h->first = n; 将节点h的关联工作做完；

最后我们再来看原先的第一个节点的关联工作，对于它来说，仅仅需要更新一下pprev的关联信息： first->pprev = &n->next;

接下来讨论条件（2）。这里也包括两种情况：a)插在当前节点的前面b)插在当前节点的后面

/* next must be !NULL  */
static inline void hlist_add_before(struct hlist_node *n, struct hlist_node *next)
{
    n->pprev = next->pprev;
    n->next = next;
    next->pprev = &n->next;
    *(n->pprev) = n;
}

先讨论情况a) 将节点n 插到next之前（n是新插入的节点)

还是一个一个节点的搞定（一共三个节点），先搞定节点n

n->pprev = next->prev; 将 next 的pprev 赋值给n->pprev n取代next的位置

n->next = next; 将next作为n的下一个节点，至此节点n的关联动作完成。

next->pprev = &n->next; next的关联动作完成。

*(n->pprev) = n; n->pprev表示n的前一个节点的next指针； *(n->pprev)则表示n的前一个节点next指针所指向下一个节点的内容，这里将n赋值给它，正好完成它的关联工作。

static inlien void hlist_add_after(struct hlist_node *n, struct hlist_node *next)
{
    next->next = n->next;
    n->next = next;
    next->pprev = &n->next;

    if (next->next)
        next->next->pprev = &next->next;
}

再来看情况b) 将结点next插入到n之后 (next是新插入的节点）

static inline int hlist_unhashed(const struct hlist_node *h)
{
    return !h->pprev;
}

这个函数的目的是判断该节点是否已经存在hash表中。这里处理得很巧妙。判断前一个节点的next指向的地址是否为空。