数据结构链表之企业级应用-Linux内核双向链表实战

        各位未来的高级程序员好久不见，好久没有更新数据结构和算法了。差点忘记这一方面的实战才是我的强项。那么我们就来上点猛料，有些人干了三年的开发可能都不知道的神奇用法-Linux内核双向链表。这名字一听就很高大上，相信各位已经摩拳擦掌，按捺不住了。那么我们废话不多说，赶紧发车。

在数据结构中，有两种最基础的数据结构，一种是顺序结构，一种是链式结构。这两种结构都非常的重要。我们称之为顺序表和链表。其中链表区分有头链表，无头链表，单链表，双向链表，循环链表等。那么Linux内核中使用的是无头双向链表，其中区别于普通的双向链表。那么内核的双向链表到底是怎么玩的呢?别急，我们先来对比一下传统的双向链表：

typedef struct  _DoubleList

{

        void *data;       //数据域

        struct _DoubleList *last;   //下一个指针域

        struct _DoubleList *front;  //上一个指针域

}DoubleList;    //双向链表基本结构体

如上所示，我们普通的双向链表其实就长这样，一个数据域，两个指针域。数据域用来搭载数据，指针域用来连接上一个节点和下一个节点。对于老C程序员来说手写链表其实并不难，可以说是平平无奇，那么Linux内核的链表究竟优秀在哪里呢?对比我们上述的普通双向链表有何强大的地方?

我们接下来揭晓谜底，请看如下结构体:

typedef struct _LinuxList

{

        struct _LinuxList *next;            //下一个指针域

        struct _LinuxList *front;           //上一个指针域

}LinuxList,LinuxNode;

怎么样？是不是很惊讶，这就是传说中的内核双向链表？平平无奇，甚至还有点简单？高端的东西往往不在于形，而在于使用。那么需要怎么使用这个内核链表呢？

实际上，Linux内核的双向链表是利用了数据与承载数据的结构分离的模式，所以才会设计成这个样子，那么这个模式是怎么样的呢？知其然知其所以然，那么请看下图:

快递大家都知道吧？快递内的物品是主体，而快递外面那层打包盒，就是我们的载体。现在就有人要问了，这个跟我们的链表有什么关系呢？别急，关系非常大。一般情况下，如果以快递公司为视角来看，快递一旦发出，外面那层包装盒是不是就无法进行第二次利用了？相当于把快递盒送给了物品的主人，这样的关联性太强了，对于我们商业代码来说，有一个准则，高内聚，低耦合。那么数据与数据结构的关联性过强，实际上也是不利的。

那么我们的Linux内核双向链表是怎么做的呢？来，请看下图:

怎么样？看起来是不是很像火车的样子，装货的火车就是这种结构。这个结构的优点在于，数据和载体只有依赖关系，而不是共存亡。有点像UML中的聚合关系，那么到此为止，是不是有个大概的概念了呢？所以这么才能达到图中的效果呢？请看如下结构体:

typedef struct  _Star

{

        int radius;

        int colour;

        int x;

        int y;

}Star;

上面是一个星星的结构体，里面包含了星星部分属性，包含了半径，坐标，颜色亮度等。如果我们需要做一个星空的话，那么就需要大量的星星变量。这里或许有人疑问了，可以直接使用数组啊，为什么还要使用链表呢?那么请大家思考一下，如果其中的星星会随着亮度的减弱而慢慢消失的话，那么是不是还需要对内存进行回收呢?如果不进行回收的话，那么已经使用完毕的内存放着岂不是造成了资源的浪费？这对一个高级程序员来说是致命的。

那么我们怎么使用这个内核的双向链表呢?其实很简单，如下所示：

typedef struct _Star

{

        int radius;

        int colour;

        int x;

        int y;

        LinuxNode *n;

}Star;

这样就能达到我说的效果了，但是有人会问，虽然看起来像是车厢一样，但是访问链表没办法访问结构体变量吧？在C语言中有一个宏，offsetof(type, member-designator)，其中第一个参数是结构体类型，第二个是结构体类型中的成员变量。那么这个是什么意思呢？实际上就是计算字节偏移数，计算出结构体的成员变量与结构体顶端的字节偏移。

那么有了这个宏之后呢，就可以完美解决找不到结构体对象内存地址的问题了，但是请注意，由于LinuxNode*n结构体成员变量是指针，所以使用的时候一定要搞清楚内存，必须掌握熟练二级指针的水平，否则玩不来的。

最后，大家可以试一下，看看能不能玩起来，如果玩不起来的话可以评论区讨论一下，我会统一做解答，我是程序员玉无涯，一位资深程序员，我们下次见。