链表是C语言编程中常用的数据结构,比如我们要建一个整数链表,一般可能这么定义:

1
2
3
4
struct int_node {
        int val;
        struct int_node *next;
};

为了实现链表的插入、删除、遍历等功能,另外要再实现一系列函数,比如:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
void insert_node(struct int_node **head, int val);
 
void delete_node(struct int_node *head, struct int_node *current);
 
void access_node(struct int_node *head)
{
        struct int_node *node;
        for (node = head; node != NULL; node = node->next) {
                // do something here
        }
}

如果我们的代码里只有这么一个数据结构的话,这样做当然没有问题,但是当代码的规模足够大,需要管理很多种链表,难道需要为每一种链表都要实现一套插入、删除、遍历等功能函数吗?

熟悉C++的同学可能会说,我们可以用标准模板库啊,但是,我们这里谈的是C,在C语言里有没有比较好的方法呢?

Mr.Dave在他的博客里介绍了自己的实现,这个实现是个很好的方案,各位不妨可以参考一下。在本文中,我们把目光投向当今开源界最大的C项目--Linux Kernel,看看Linux内核如何解决这个问题。

Linux内核中一般使用双向链表,声明为struct list_head,这个结构体是在include/linux/types.h中定义的,链表的访问是以宏或者内联函数的形式在include/linux/list.h中定义。

1
2
3
struct list_head {
    struct list_head *next, *prev;
};

Linux内核为链表提供了一致的访问接口。

1
2
3
4
5
void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list);
void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head);
void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head);
void list_del(struct list_head *entry);
int list_empty(const struct list_head *head);

以上只是从Linux内核里摘选的几个常用接口,更多的定义请参考Linux内核源代码

我们先通过一个简单的实作来对Linux内核如何处理链表建立一个感性的认识。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
#include <stdio.h>
#include "list.h"
 
struct int_node {
        int val;
        struct list_head list;
};
 
int main()
{
        struct list_head head, *plist;
        struct int_node a, b;
 
        a.val = 2;
        b.val = 3;
 
        INIT_LIST_HEAD(&head);
        list_add(&a.list, &head);
        list_add(&b.list, &head);
 
        list_for_each(plist, &head) {
                struct int_node *node = list_entry(plist, struct int_node, list);
                printf("val = %d\n", node->val);
        }
 
        return 0;
}

看完这个实作,是不是觉得在C代码里管理一个链表也很简单呢?

代码中包含的头文件list.h是我从Linux内核里抽取出来并做了一点修改的链表处理代码,现附在这里给大家参考,使用的时候只要把这个头文件包含到自己的工程里即可。

代码

list_head通常是嵌在数据结构内使用,在上文的实作中我们还是以整数链表为例,int_node的定义如下:

1
2
3
4
struct int_node {
        int val;
        struct list_head list;
};

使用list_head组织的链表的结构如下图所示:

遍历链表是用宏list_for_each来完成。

1
2
3
#define list_for_each(pos, head) \
    for (pos = (head)->next; prefetch(pos->next), pos != (head); \
            pos = pos->next)

在这里,pos和head均是struct list_head。在遍历的过程中如果需要访问节点,可以用list_entry来取得这个节点的基址。

1
2
#define list_entry(ptr, type, member) \
    container_of(ptr, type, member)

我们来看看container_of是如何实现的。如下图所示,我们已经知道TYPE结构中MEMBER的地址,如果要得到这个结构体的地址,只需要知道MEMBER在结构体中的偏移量就可以了。如何得到这个偏移量地址呢?这里用到C语言的一个小技巧,我们不妨把结构体投影到地址为0的地方,那么成员的绝对地址就是偏移量。得到偏移量之后,再根据ptr指针指向的地址,就可以很容易的计算出结构体的地址。

list_entry就是通过上面的方法从ptr指针得到我们需要的type结构体。

Linux内核代码博大精深,陈莉君老师曾把它形容为“覆压三百余里,隔离天日”(摘自《阿房宫赋》),可见其内容之丰富、结构之庞杂。内核里有着众多重要的数据结构,具有相关性的数据结构之间很多都是用本文介绍的链表组织在一起,看来list_head结构虽小,作用可真不小。

Linux内核是个伟大的工程,其源代码里还有很多精妙之处,值得C/C++程序员认真去阅读,即使我们不去做内核相关的工作,阅读精彩的代码对程序员自我修养的提高也是大有裨益的。

玩转C链表的更多相关文章

  1. Python3玩转单链表——逆转单向链表pythonic版

    [本文出自天外归云的博客园] 链表是由节点构成的,一个指针代表一个方向,如果一个构成链表的节点都只包含一个指针,那么这个链表就是单向链表. 单向链表中的节点不光有代表方向的指针变量,也有值变量.所以我 ...

  2. 第二十五篇 玩转数据结构——链表(Linked List)

          1.. 链表的重要性 我们之前实现的动态数组.栈.队列,底层都是依托静态数组,靠resize来解决固定容量的问题,而"链表"则是一种真正的动态数据结构,不需要处理固定容 ...

  3. linux设备模型_转

    建议原博文查看,效果更佳. 转自:http://www.cnblogs.com/wwang/category/269350.html Linux设备模型 (1) 随着计算机的周边外设越来越丰富,设备管 ...

  4. linux list

    一篇介绍链表不错的文章: 1. 玩转C链表 2. openwrt使用list 3. 深入分析 Linux 内核链表 https://www.ibm.com/developerworks/cn/linu ...

  5. Linux设备模型 (2)

    上一篇文章<Linux设备模型 (1)>主要介绍了Linux设备模型在用户空间的接口sysfs,用户通过这个接口可以一览内核设备的全貌.本文将从Linux内核的角度来看一看这个设备模型是如 ...

  6. C语言链表实例--玩转链表

    下图为最一简单链表的示意图: 第 0 个结点称为头结点,它存放有第一个结点的首地址,它没有数据,只是一个指针变量.以下的每个结点都分为两个域,一个是数据域,存放各种实际的数据,如学号 num,姓名 n ...

  7. 零基础玩转C语言单链表

    下图为最一简单链表的示意图: 第 0 个结点称为头结点,它存放有第一个结点的首地址,它没有数据,只是一个指针变量.以下的每个结点都分为两个域,一个是数据域,存放各种实际的数据,如学号 num,姓名 n ...

  8. 玩转C语言链表-链表各类操作详解

    链表概述 链表是一种常见的重要的数据结构.它是动态地进行存储分配的一种结构.它可以根据需要开辟内存单元.链表有一个"头指针"变量,以head表示,它存放一个地址.该地址指向一个元素 ...

  9. 玩转C线性表和单向链表之Linux双向链表优化

    前言: 这次介绍基本数据结构的线性表和链表,并用C语言进行编写:建议最开始学数据结构时,用C语言:像栈和队列都可以用这两种数据结构来实现. 一.线性表基本介绍 1 概念: 线性表也就是关系户中最简单的 ...

随机推荐

  1. mybatis 一次执行多条SQL

    在默认情况下,一次性发过去的多条sql是不合法的. 想要让mysql一次执行多条sql语句,必须进行手动设置. 让mysql驱动开启批量执行sql的开关. 怎么开启呢?在拼装mysql链接的url时, ...

  2. iOS下的WiFi开发

    iOS下Wi-Fi开发需要添加依赖库SystemConfiguration.framework,在需要使用Wi-Fi信息的控制器下引入头文件#import <SystemConfiguratio ...

  3. 在Linux系统下使用Docker以及Weave搭建Nginx反向代理

    Hi, 今天我们将会学习如何使用 Weave 和 Docker 搭建 Nginx 的反向代理/负载均衡服务器.Weave 可以创建一个虚拟网络将 Docker 容器彼此连接在一起,支持跨主机部署及自动 ...

  4. Threalocal的使用及其原理

    虽然现在可以说很多程序员会用ThreadLocal,但是我相信大多数程序员还不知道ThreadLocal,而使用ThreadLocal的程序员大多只是知道其然而不知其所以然,因此,使用ThreadLo ...

  5. mysql删除重复记录

    Solution 1: Add Unique Index on your table: ALTER IGNORE TABLE `TableA` ADD UNIQUE INDEX (`member_id ...

  6. springcloud-声明式调用服务Feign

    springcloud项目例子:链接:https://pan.baidu.com/s/1O1PKrdvrq5c8sQUb7dQ5Pg 密码:ynir 作用: 基于Netflix Feign整合了Rib ...

  7. window 下安装并启动zookeeper

    1.下载zookeeper压缩包并解压大到磁盘中: 2.进入解压文件的: 3.进入conf,修改配置文件如下: 4.启动: 启动完成:

  8. HDU 3966 & POJ 3237 & HYSBZ 2243 & HRBUST 2064 树链剖分

    树链剖分是一个很固定的套路 一般用来解决树上两点之间的路径更改与查询 思想是将一棵树分成不想交的几条链 并且由于dfs的顺序性 给每条链上的点或边标的号必定是连着的 那么每两个点之间的路径都可以拆成几 ...

  9. BZOJ3244/UOJ122 [Noi2013]树的计数

    本文版权归ljh2000和博客园共有,欢迎转载,但须保留此声明,并给出原文链接,谢谢合作. 本文作者:ljh2000 作者博客:http://www.cnblogs.com/ljh2000-jump/ ...

  10. Functions should do one thing一个函数应该只做一件事

    if you take nothing else away from this guide other than this, you'll be ahead of many developers. 如 ...