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大多數(shù)的讀者在學(xué)習(xí)編程語言的時候都不喜歡那些枯燥的文字描述，包括我自己在開始學(xué)習(xí)編程的時候也是這樣，對于代碼的熱情遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于文字，所以我在我寫東西的時候也不喜歡用枯燥的文字描述來向讀者講解，更喜歡用代碼加上適當(dāng)?shù)奈淖置枋龅姆绞竭M(jìn)行講解，因為有些東西可能用枯燥的文字描述半天還不如實(shí)實(shí)在在的給讀者呈現(xiàn)出一段簡單的代碼，讓讀者理解得更加的透徹些。但是并不是說文字描述就沒用，文字描述也很重要，只是絕大部分讀者都更加的希望直接達(dá)到最終的效果，都想跳過那些中間的步驟。接下來我們接著上一篇博客《C語言的那些小秘密之鏈表(三)》的內(nèi)容繼續(xù)講解linux內(nèi)核雙向循環(huán)鏈表。[cpp] view plaincopystatic inline int list_empty(const struct list_head *head) { return head->next == head; } static inline int list_empty_careful(const struct list_head *head) { struct list_head *next = head->next; return (next == head) && (next == head->prev); } list_empty()函數(shù)和list_empty_careful()函數(shù)都是用來檢測鏈表是否為空的。但是稍有區(qū)別的就是第一個鏈表使用的檢測方法是判斷表頭的結(jié)點(diǎn)的下一個結(jié)點(diǎn)是否為其本身，如果是則返回為true，否則返回false。第二個函數(shù)使用的檢測方法是判斷表頭的前一個結(jié)點(diǎn)和后一個結(jié)點(diǎn)是否為其本身，如果同時滿足則返回false，否則返回值為true。說多了可能讀者就會沒耐心了，那么接下來我來看看下面的代碼。 [html] view plaincopy#include #include #include "list.h" typedef struct _stu { char name[20]; int num; struct list_head list; }stu; int main() { stu *pstu; stu *tmp_stu; struct list_head stu_list; struct list_head *pos; int i = 0; INIT_LIST_HEAD(&stu_list); pstu = malloc(sizeof(stu)*5); for(i=0;i { sprintf(pstu[i].name,"Stu%d",i+1); pstu[i].num = i+1; list_add( &(pstu[i].list), &stu_list); } list_for_each(pos,&stu_list) { tmp_stu = list_entry(pos, stu, list); printf("student num: %d\tstudent name: %s\n",tmp_stu->num,tmp_stu->name); } if(list_empty(&stu_list)) printf("使用list_empty()檢測，鏈表為空\n"); else printf("使用list_empty()檢測，鏈表非空\n"); if(list_empty_careful(&stu_list)) printf("使用list_empty_careful()檢測，鏈表為空\n"); else printf("使用list_empty_careful()檢測，鏈表非空\n"); free(pstu); return 0; } 運(yùn)行結(jié)果為： [html] view plaincopyroot@ubuntu:/home/paixu/dlist_node# ./a student num: 5 student name: Stu5 student num: 4 student name: Stu4 student num: 3 student name: Stu3 student num: 2 student name: Stu2 student num: 1 student name: Stu1 使用list_empty()檢測，鏈表非空 使用list_empty_careful()檢測，鏈表非空 看看代碼就知道如何使用了，接下來看看鏈表的合成。 [html] view plaincopystatic inline void __list_splice(struct list_head *list, struct list_head *head) { struct list_head *first = list->next; struct list_head *last = list->prev; struct list_head *at = head->next; first->prev = head; head->next = first; last->next = at; at->prev = last; } 這個地方我覺得最好的方法就是使用圖示來進(jìn)行講解，直觀易懂，如果用文字描述半天還不如讀者看一眼圖。 將一個鏈表插入到另外一個鏈表中。不作鏈表是否為空的檢查，由調(diào)用者默認(rèn)保證。因為每個鏈表只有一個頭節(jié)點(diǎn)，將空鏈表插入到另外一個鏈表中是沒有意義的。但被插入的鏈表可以是空的。 [cpp] view plaincopystatic inline void list_splice(struct list_head *list, struct list_head *head) { if (!list_empty(list)) __list_splice(list, head); } 在這種情況下會丟棄list所指向的頭結(jié)點(diǎn)，因為兩個鏈表有兩個頭結(jié)點(diǎn)，所以我們必須要去掉其中一個頭結(jié)點(diǎn)。只要list非空鏈，head無任何限制，該函數(shù)就能實(shí)現(xiàn)鏈表的合并。 [cpp] view plaincopystatic inline void list_splice_init(struct list_head *list, struct list_head *head) { if (!list_empty(list)) { __list_splice(list, head); INIT_LIST_HEAD(list); } } 以上函數(shù)的功能是將一個鏈表list的有效信息合并到另外一個鏈表head后，重新初始化被去掉的空的鏈表頭。這樣的描述可能不是太好理解，接下來看看一段代碼。 [html] view plaincopy#include #include #include "list.h" typedef struct _stu { char name[20]; int num; struct list_head list; }stu; int main() { stu *pstu,*pstu2; stu *tmp_stu; struct list_head stu_list,stu_list2; struct list_head *pos; int i = 0; INIT_LIST_HEAD(&stu_list); INIT_LIST_HEAD(&stu_list2); pstu = malloc(sizeof(stu)*3); pstu2 = malloc(sizeof(stu)*3); for(i=0;i { sprintf(pstu[i].name,"Stu%d",i+1); sprintf(pstu2[i].name,"Stu%d",i+4); pstu[i].num = i+1; pstu2[i].num = i+4; list_add( &(pstu[i].list), &stu_list); list_add( &(pstu2[i].list), &stu_list2); } printf("stu_list 鏈表\n"); list_for_each(pos,&stu_list) { tmp_stu = list_entry(pos, stu, list); printf("student num: %d\tstudent name: %s\n",tmp_stu->num,tmp_stu->name); } printf("stu_list2 鏈表\n"); list_for_each(pos,&stu_list2) { tmp_stu = list_entry(pos, stu, list); printf("student num: %d\tstudent name: %s\n",tmp_stu->num,tmp_stu->name); } printf("stu_list鏈表和stu_list2 鏈表合并以后\n"); list_splice(&stu_list2,&stu_list); list_for_each(pos,&stu_list) { tmp_stu = list_entry(pos, stu, list); printf("student num: %d\tstudent name: %s\n",tmp_stu->num,tmp_stu->name); } free(pstu); return 0; } 運(yùn)行結(jié)果為： [html] view plaincopyroot@ubuntu:/home/paixu/dlist_node# ./a stu_list 鏈表 student num: 3 student name: Stu3 student num: 2 student name: Stu2 student num: 1 student name: Stu1 stu_list2 鏈表 student num: 6 student name: Stu6 student num: 5 student name: Stu5 student num: 4 student name: Stu4 stu_list鏈表和stu_list2 鏈表合并以后 student num: 6 student name: Stu6 student num: 5 student name: Stu5 student num: 4 student name: Stu4 student num: 3 student name: Stu3 student num: 2 student name: Stu2 student num: 1 student name: Stu1 有了直觀的代碼和運(yùn)行結(jié)果，理解起來也更加的容易了。 有了上面的這些操作，但是我們還一直沒有講到我們最終所關(guān)心的宿主結(jié)構(gòu)，那么接下來我們一起來看看我們該如何取出宿主結(jié)構(gòu)的指針呢?這也是我認(rèn)為linux內(nèi)核雙向循環(huán)鏈表實(shí)現(xiàn)最為巧妙的地方了。 [cpp] view plaincopy#define list_entry(ptr, type, member) \ ((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member))) 看看上面的代碼，發(fā)現(xiàn)一個很熟悉的身影(unsigned long)(&((type *)0)->member))，這個我在前一篇博客《C語言的那些小秘密之字節(jié)對齊》中已經(jīng)講解過了，多以在此就不再做過多的講解，如果有不明白的讀者可以回過去看看講解再回過來閱讀。通過(unsigned long)(&((type *)0)->member))我們得出了成員變量member的偏移量，而ptr為指向member的指針，因為指針類型不同的原因，所以我們再次要先進(jìn)行(char*)的轉(zhuǎn)換之后再進(jìn)行計算。所以我們用ptr減去member的偏移量就得到了宿主結(jié)構(gòu)體的指針，這就是一個非常巧妙的地方，這也就使得linux內(nèi)核雙向循環(huán)鏈表能夠區(qū)別于傳統(tǒng)鏈表的關(guān)鍵所在。可能看到這兒的時候讀者已經(jīng)感覺非常的枯燥了，但是別放棄，堅持看完，因為雖然這樣的講解枯燥了點(diǎn)，但是非常有用。所以堅持堅持吧! [cpp] view plaincopy#define list_for_each(pos, head) \ for (pos = (head)->next; prefetch(pos->next), pos != (head); \ pos = pos->next) #define __list_for_each(pos, head) \ for (pos = (head)->next; pos != (head); pos = pos->next) #define list_for_each_prev(pos, head) \ for (pos = (head)->prev; prefetch(pos->prev), pos != (head); \ pos = pos->prev) 遍歷是雙循環(huán)鏈表的基本操作，head為頭節(jié)點(diǎn)，遍歷過程中首先從(head)->next開始，當(dāng)pos==head時退出，故head節(jié)點(diǎn)并沒有訪問，這和鏈表的結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)，通常頭節(jié)點(diǎn)都不含有其它有效信息，因此可以把頭節(jié)點(diǎn)作為雙向鏈表遍歷一遍的檢測標(biāo)志來使用。在list_for_each宏中讀者可能發(fā)現(xiàn)一個比較陌生的面孔，我們在此就不將prefetch展開了講解了，有興趣的讀者可以自己查看下它的實(shí)現(xiàn)，其功能是預(yù)取內(nèi)存的內(nèi)容，也就是程序告訴CPU哪些內(nèi)容可能馬上用到，CPU預(yù)先其取出內(nèi)存操作數(shù)，然后將其送入高速緩存，用于優(yōu)化，是的執(zhí)行速度更快。接下來的__list_for_each()宏和list_for_each_prev()宏就不在此做一一的講解了，和list_for_each()宏類似。 就是遍歷的方向有所改變或者不使用預(yù)取。 通過上面的講解和前面那么多的代碼，相信讀者這個時候?qū)τ趌ist_for_each()已經(jīng)不再感到陌生了。上面的但三個遍歷鏈表的宏都類似，繼續(xù)往下看。 [cpp] view plaincopy#define list_for_each_safe(pos, n, head) \ for (pos = (head)->next, n = pos->next; pos != (head); \ pos = n, n = pos->next) 以上list_for_each_safe()宏也同樣是用于遍歷的，不同的是里邊多出了一個n暫存pos下一個節(jié)點(diǎn)的地址，避免了因為pos節(jié)點(diǎn)被釋放而造成的斷鏈，這也就體現(xiàn)出了safe。也就是說你可以遍歷完當(dāng)前節(jié)點(diǎn)后將其刪除，同時可以接著訪問下一個節(jié)點(diǎn)，遍歷完畢后就只剩下一個頭節(jié)點(diǎn)。當(dāng)然這有一個最為典型的應(yīng)用，那就是我們在多進(jìn)程編程時候，多個進(jìn)程等待在同一個等待隊列上，若事件發(fā)生時喚醒所有進(jìn)程，則可以喚醒后將其依次從等待隊列中刪除。 [html] view plaincopy#include #include #include "list.h" typedef struct _stu { char name[20]; int num; struct list_head list; }stu; int main() { stu *pstu; stu *tmp_stu; struct list_head stu_list; struct list_head *pos,*n; int i = 0; INIT_LIST_HEAD(&stu_list); pstu = malloc(sizeof(stu)*3); for(i=0;i { sprintf(pstu[i].name,"Stu%d",i+1); pstu[i].num = i+1; list_add( &(pstu[i].list), &stu_list); } printf("通過list_for_each_safe()遍歷使用list_del(pos)刪除結(jié)點(diǎn)前\n"); list_for_each_safe(pos, n, &stu_list) { tmp_stu = list_entry(pos, stu, list); printf("student num: %d\tstudent name: %s\n",tmp_stu->num,tmp_stu->name); list_del(pos); } printf("通過list_for_each()遍歷使用list_del(pos)刪除結(jié)點(diǎn)后\n"); list_for_each(pos,&stu_list) { tmp_stu = list_entry(pos, stu, list); printf("student num: %d\tstudent name: %s\n",tmp_stu->num,tmp_stu->name); } free(pstu); return 0; } 運(yùn)行結(jié)果為： [html] view plaincopyroot@ubuntu:/home/paixu/dlist_node# ./a 通過list_for_each_safe()遍歷使用list_del(pos)刪除結(jié)點(diǎn)前 student num: 3 student name: Stu3 student num: 2 student name: Stu2 student num: 1 student name: Stu1 通過list_for_each()遍歷使用list_del(pos)刪除結(jié)點(diǎn)后 讀者可以結(jié)合運(yùn)行結(jié)果再去閱讀上面的文字描述部分。 如果只提供對list_head結(jié)構(gòu)的遍歷操作是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們希望實(shí)現(xiàn)的是對宿主結(jié)構(gòu)的遍歷，即在遍歷時直接獲得當(dāng)前鏈表節(jié)點(diǎn)所在的宿主結(jié)構(gòu)項，而不是每次要同時調(diào)用list_for_each()和list_entry()。為此Linux特地提供了list_for_each_entry()宏來實(shí)現(xiàn) [cpp] view plaincopy#define list_for_each_entry(pos, head, member) \ for (pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member); \ prefetch(pos->member.next), &pos->member != (head); \ pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member)) 第一個參數(shù)為傳入的遍歷指針，指向宿主數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，第二個參數(shù)為鏈表頭，為list_head結(jié)構(gòu)，第三個參數(shù)為list_head結(jié)構(gòu)在宿主結(jié)構(gòu)中的成員名。有時候做過多的講解反而沒有看看代碼的效果好，我們還是用段代碼來說明下吧。 [html] view plaincopy#include #include #include "list.h" typedef struct _stu { char name[20]; int num; struct list_head list; }stu; int main() { stu *pstu; stu *tmp_stu; struct list_head stu_list; struct list_head *pos,*n; int i = 0; INIT_LIST_HEAD(&stu_list); pstu = malloc(sizeof(stu)*3); for(i=0;i { sprintf(pstu[i].name,"Stu%d",i+1); pstu[i].num = i+1; list_add( &(pstu[i].list), &stu_list); } list_for_each_entry(tmp_stu, &stu_list, list) printf("student num: %d\tstudent name: %s\n",tmp_stu->num,tmp_stu->name); free(pstu); return 0; } 運(yùn)行結(jié)果為： [html] view plaincopyroot@ubuntu:/home/paixu/dlist_node# ./a student num: 3 student name: Stu3 student num: 2 student name: Stu2 student num: 1 student name: Stu1 如果讀者一開始對于文字描述感到陌生的話，那么就再次結(jié)合代碼去閱讀。 接下來再來看看最后幾個。 [html] view plaincopy#define list_for_each_entry_reverse(pos, head, member) \ for (pos = list_entry((head)->prev, typeof(*pos), member); \ prefetch(pos->member.prev), &pos->member != (head); \ pos = list_entry(pos->member.prev, typeof(*pos), member)) #define list_prepare_entry(pos, head, member) \ ((pos) ? : list_entry(head, typeof(*pos), member)) #define list_for_each_entry_continue(pos, head, member) \ for (pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member); \ prefetch(pos->member.next), &pos->member != (head); \ pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member)) #define list_for_each_entry_safe(pos, n, head, member) \ for (pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member), \ n = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member); \ &pos->member != (head); \ pos = n, n = list_entry(n->member.next, typeof(*n), member)) 以上幾個與list_for_each_entry類似，只是其中略有差別，list_prepare_entry()中含有prefetch()，它的作用在上面已經(jīng)講解，有什么疑惑可以返回去閱讀下，在此不再做過多的講解;list_for_each_entry_continue()和list_for_each_entry()的區(qū)別主要是list_for_each_entry_continue()可以不從鏈表頭開始遍歷，而是從已知的某個pos結(jié)點(diǎn)的下一個結(jié)點(diǎn)開始遍歷。在某些時候如果不是從頭結(jié)點(diǎn)開始遍歷，那么為了保證pos的初始值有效，必須使用list_prepare_entry()。其含義就是如果pos非空，那么pos的值就為其本身，如果pos為空，那么就從鏈表頭強(qiáng)制擴(kuò)展一個虛pos指針，讀者自己分析list_prepare_entry()的實(shí)現(xiàn)就明白了。list_for_each_entry_safe()要求調(diào)用者另外提供一個與pos同類型的指針n，在for循環(huán)中暫存pos下一個節(jié)點(diǎn)的宿主結(jié)構(gòu)體的地址，避免因pos節(jié)點(diǎn)被釋放而造成的斷鏈。 到此我們linux內(nèi)核雙向循環(huán)鏈表的旅程就結(jié)束了，下一篇我們將開始一個新的旅程。由于本人水平有限，博客中的不妥或錯誤之處在所難免，殷切希望讀者批評指正。同時也歡迎讀者共同探討相關(guān)的內(nèi)容，如果樂意交流的話請留下你寶貴的意見。 |
