Linux中List.h文件的分析和应用

最新推荐文章于 2023-09-24 23:13:47 发布

川渝小神丢

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分类专栏：数据结构文章标签： linux list.h 数据结构双向链表队列堆栈

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/fengel_cs/article/details/120634558

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本文深入解析Linux内核中的双向循环链表(List.h)操作，包括链表的初始化、插入、删除、替换、移动、状态检测、旋转、切分和合并等操作。此外，还介绍了通过宏定义进行链表遍历的各种方式，以及哈希表在链表中的应用。内容详实，适合对Linux内核和数据结构感兴趣的读者。

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本文介绍Linux中List.h文件，并对其详细分析，此文件的双向链表短小精湛，值得借鉴。此文件中还有哈希表的应用。

一、通过函数定义的方式对双向循环链表的操作
1. List.h源码位置
2. list_head结构
3. 头结点的初始化
4. 双向循环链表的插入操作
（1）基本插入函数
（2）首部插入函数
（3）尾部插入函数
（4）与非循环单链表的插入操作的区别
5．双向循环链表的删除操作
（1）删除
（2）与非循环单链表删除操作的区别
6．双向循环链表的替换操作
（1）替换
7．双向循环链表的移动操作
8．双向循环链表的状态检测
9．双向循环链表的旋转操作
10．双向循环链表的切分操作
11．双向循环链表的合并操作
二、通过宏定义的方式对双向循环链表进行遍历
1．基本的宏
（1）list_entry宏
（2）list_first_entry宏
2．双向循环链表的遍历
（1）从左向右遍历
（2）从右向左遍历
（3）安全的向前向后遍历
（4）使用遍历
（5）list_prepare_entry宏
（6）下一个结点开始遍历
（7）当前结点开始遍历
（8）安全版本
三、哈希链表的操作

（注:基于Linux3.5版内核）

一、通过函数定义的方式对双向循环链表的操作

1. List.h源码位置

List.h文件位于include/linux目录，内容为双向循环链表的操作，对双向循环链表的定义如下:（与单链表相比，双链表的每个结点同时具有前驱指针和后驱指针，操作会更方便）

（1）首节点，存放第一个有效数据的结点。

（2）尾结点，存放最后一个有效数据的结点，在双向循环链表中，头结点的前驱指针指向尾结点，尾结点的后驱指针指向头结点。

（3）头结点：

1）头结点数据类型与首结点类型一样，首结点什么类型，头结点就是什么类型。

2）头结点一般不存放有效数据。

3）头结点是首结点前面的那个结点。

4）为了方便操作链表而提出的。

（4）头指针，指向头结点的指针，即存放头结点地址。

2. list_head结构

linux/types.h文件中定义了list_head结构，原型如下：

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

在实际应用中，此结构经常作为成员与其他数据类型一起组成一个新的结构体，比如类似如下结构：

struct userinfo{  
    char username[20];  
    char password[20];  
    struct list_head list;  
};

在以上述结构为结点的双向循环链表中，userinfo结构的list成员就是用来链接链表的各个成员的。

3. 头结点的初始化

在下面代码中，前面两个宏实现的功能与后面那个内联函数实现的功能一样。目的都是用来初始化双向循环链表的头指针，让其头指针指向的list_head型结构体变量的前/后驱指针成员指向头指针本身，即为空链表。

1.	#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }  
2.	#define LIST_HEAD(name)  struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)  
3.	
4.	static inline void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list)  
5.	{  
6.	  list->next = list;  
7.	  list->prev = list;  
8.	}

比如在应用时，需使用上述任意一种方法初始化头指针，这里使用内联函数初始化头指针，如下代码：

struct userinfo  userlist;

INIT_LIST_HEAD(&(userlist.list));

注意：函数参数传递是值传递（一个副本），上述参数传递list_head型结构体变量的地址。详见csdn博客上的文章。

4. 双向循环链表的插入操作(一个参数为待插入元素地址，一个为链表头结点地址)

对于插入操作，总共定义了三个函数，后两个函数都会调用前一个函数，详见下面的代码。第一个为基础函数，第二个为在首部插入，适用于堆栈；第三个为在尾部插入结点，适用于队列。

/*
 * Insert a new entry between two known consecutive entries.
* This is only for internal list manipulation where we know
 * the prev/next entries already!
 */
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;
}
/*
 * list_add - add a new entry
 * @new: new entry to be added
 * @head: list head to add it after
 * Insert a new entry after the specified head.
 * This is good for implementing stacks.
 */
Static  inline  void  list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)
{
	__list_add(new, head, head->next);
}
/**
 * list_add_tail - add a new entry
 * @new: new entry to be added
 * @head: list head to add it before
* Insert a new entry before the specified head.
 * This is useful for implementing queues.
 */
Static  inline  void  list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head)
{
	__list_add(new, head->prev, head);
}

（1）基本插入函数

分析其参数，第一个参数new，是一个类型为list_head的指针，指向要增加的结点，而prev和next也都是list_head类型的指针，顾名思义，就是指向增加的位置的前面和后面的结点。

在函数内部，首先是把要增加位置的后面的结点的prev元素赋值为new，再把new的next元素指向后面结点，意思是先把后面的结点与新增结点相连；然后是把new的prev元素指向前面结点，再把前面结点的next赋值为new，意思是把前面的结点与新增结点相连。如下图：