链表

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漫步者2011

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常用链表和内核链表的区别

常用链表结构

通常链表数据结构至少应包含两个域：数据域和指针域，数据域用于存储数据，指针域用于建立与下一个节点的联系。按照指针域的组织以及各个节点之间的联系形式，链表又可以分为单链表、双链表、循环链表等多种类型，下面分别给出这几类常见链表类型的示意图：

内核链表结构

链表数据结构的定义很简单（节选自[include/linux/list.h]，以下所有代码，除非加以说明，其余均取自该文件）：

struct list_head { struct list_head *next, *prev;}; list_head结构包含两个指向list_head结构的指针prev和next，由此可见，内核的链表具备双链表功能，实际上，通常它都组织成双循环链表。list_head从字面上理解，好像是头结点的意思。但从这里的代码来看却是普通结点的结构体。在后面的代码中将list_head当成普通的结点来处理。
和第一节介绍的双链表结构模型不同，这里的list_head没有数据域。在Linux内核链表中，不是在链表结构中包含数据，而是在数据结构中包含链表节点。

linux内核链表与普通链表的示意图:

内核链表常用函数

inux内核链表的好处

设计思想：尽可能的代码重用，化大堆的链表设计为单个链表。
链表的构造：如果需要构造某类对象的特定列表，则在其结构中定义一个类型为list_head指针的成员，通过这个成员将这类对象连接起来，形成所需列表，并通过通用链表函数对其进行操作。其优点是只需编写通用链表函数，即可构造和操作不同对象的列表，而无需为每类对象的每种列表编写专用函数，实现了代码的重用。如果想对某种类型创建链表，就把一个list_head类型的变量嵌入到该类型中，用list_head中的成员和相对应的处理函数来对链表进行遍历。如果想得到相应的结构的指针，使用list_entry可以算出来。

在并发执行的环境下，链表操作通常都应该考虑同步安全性问题，为了方便，Linux将这一操作留给应用自己处理。

遍历

遍历是链表最经常的操作之一，为了方便核心应用遍历链表，Linux链表将遍历操作抽象成几个宏。在介绍遍历宏之前，我们先看看如何从链表中访问到我们真正需要的数据项。

a) 由链表节点到数据项变量

list_entry宏是用来根据list_head指针查找链表所嵌入的结构体的地址，具体实现是依赖宏container_of：

#define list_entry(ptr, type, member) container_of(ptr, type, member)

#define container_of(ptr, type, member) ({ const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);
(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})

#define offsetof(type, member) ((size_t) &((type *)0)-> member)

container_of有三个参数， ptr是成员变量的指针， type是指结构体的类型， member是成员变量的名字。 container_of 的作用就是在已知某一个成员变量的名字、指针和结构体类型的情况下，计算结构体的指针，也就是计算结构体的起始地址。计算的方法其实很简单，就是用该成员变量的指针减去它于type结构体起始位置的偏移量。在这个定义中，typeof( ((type *)0)->member ) 就是获得 member 的类型，然后定义了一个临时的常量指针 __mptr，指向 member 变量。把 __mptr 转换成 char * 类型，因为 offsetof 得到的偏移量是以字节为单位。两者相减得到结构体的起始位置，再强制转换成 type 类型。

offsetof在这里，TYPE表示一个结构体的类型，MEMBER是结构体中的一个成员变量的名字。offsetof 宏的作用是计算成员变量 MEMBER 相对于结构体起始位置的内存偏移量，以字节（Byte）为单位。
b) 遍历宏

函数首先定义一个(struct list_head *)指针变量i，然后调用list_for_each(i,&nf_sockopts)进行遍历。在[include/linux/list.h]中，list_for_each()宏是这么定义的：

#define list_for_each(pos, head)

for (pos = (head)->next, prefetch(pos->next); pos != (head); pos = pos->next, prefetch(pos->next))

它实际上是一个for循环，利用传入的pos作为循环变量，从表头head开始，逐项向后（next方向）移动pos，直至又回到head（prefetch()可以不考虑，用于预取以提高遍历速度）。

大多数情况下，遍历链表的时候都需要获得链表节点数据项，也就是说list_for_each()和list_entry()总是同时使用。对此Linux给出了一个list_for_each_entry()宏，与list_for_each()不同，这里的pos是数据项结构指针类型，而不是(struct list_head *)。

#define list_for_each_entry(pos, head, member)……

某些应用需要反向遍历链表，Linux提供了list_for_each_prev()和list_for_each_entry_reverse()来完成这一操作，使用方法和上面介绍的list_for_each()、list_for_each_entry()完全相同。

list_for_each()与list_for_each_safe()的区别

list_for_each()的定义：

[plain]view plaincopy 
   
print?
 /**  
  * list_for_each    -   iterate over a list  
  * @pos:    the &struct list_head to use as a loop counter.  
  * @head:   the head for your list.  
  */  
 #define list_for_each(pos, head) \  
     for (pos = (head)->next, prefetch(pos->next); pos != (head); \  
         pos = pos->next, prefetch(pos->next))  

list_for_each_safe()的定义：

[plain]view plaincopy 
   
print?
 /**  
  * list_for_each_safe   -   iterate over a list safe against removal of list entry  
  * @pos:    the &struct list_head to use as a loop counter.  
  * @n:      another &struct list_head to use as temporary storage  
  * @head:   the head for your list.  
  */  
 #define list_for_each_safe(pos, n, head) \  
     for (pos = (head)->next, n = pos->next; pos != (head); \  
         pos = n, n = pos->next)  