C语言通用双向循环链表操作函数集
说明
相比Linux内核链表宿主结构可有多个链表结构的优点,本函数集侧重封装性和易用性,而灵活性和效率有所降低。
可基于该函数集方便地构造栈或队列集。
本函数集暂未考虑并发保护。
一 概念
链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构,数据元素的逻辑顺序通过链表中的指针链接次序实现。链表由一系列存储结点组成,结点可在运行时动态生成。每个结点均由两部分组成,即存储数据元素的数据域和存储相邻结点地址的指针域。当进行插入或删除操作时,链表只需修改相关结点的指针域即可,因此相比线性表顺序结构更加方便省时。
链表可分为单链表(Singly Linked List)、双向链表(Doubly Linked List)和循环链表(Circular List)等。一个单链表结点仅包含一个指向其直接后继结点的指针,因此当需要操作某个结点的直接前驱结点时,必须从单链表表头开始查找。
双向链表和循环链表均为单链表的变体。通常创建双向循环链表以综合利用两者的优点。
1.1 双向链表
双向链表的每个结点除含有数据域外,还有两个指针域,分别指向直接前驱结点和直接后继结点。因此,从双向链表中的任一结点开始,均可方便地访问其前驱结点和后继结点。双向链表的结点结构示意图如下所示:
图1 双向链表的结点结构
其中,Data为结点存储的数据元素,prev指针指向该结点的前驱结点,next指针指向该结点的后继结点。双向链表通常含有一个表头结点,亦称哨兵结点(Sentinel Node),用于简化插入和删除等操作。带头结点的非空双向链表如下图所示:
图2 带头结点的非空双向链表
图中,表头指针dhead指向表头结点Head,该结点的前驱指针为空;结点C为表尾结点,其后继指针为空。除表头结点和表尾结点外,对指向双向链表任一结点的指针p,满足下面的关系:
p = p->prev->next = p->next->prev
即当前结点前驱的后继是自身,其后继的前驱也是自身。
链表有查找、插入和删除三种基本操作。双向链表也不例外。
1) 查找操作
在带表头的双向链表中查找数据域为一特定值的某个结点时,可从表头结点开始向后依次匹配各结点数据域的值,若与特定值相同则返回指向该结点的指针,否则继续往后遍历直至表尾。
2) 插入操作
假设指针p和q指向双向链表中的两个前后相邻结点,将某个新结点(指针为s)插到p和q之间,其过程及C语言描述如下图所示:
图3 在双向链表中插入结点的过程
注意,结点前驱后继指针的操作顺序并非唯一,但必须保证最后才对p->next或q->prev赋值(操作➃),否则会“丢失”p的后继结点或q的前驱结点。
可见,若相邻结点指针p、q均已知,则在p和q之间插入新结点s时,只需依次将s的前驱指针指向p,s的后继指针指向q,p的后继指针指向s,q的前驱指针指向s。即:
① s->prev = p; ② s->next = q; ③ p->next = s; ④ q->prev = s; |
双向链表中p和q->prev指向同一结点,因此上述步骤等效于图3中q“视角”的第二种插入顺序。为便于记忆,可想象孩子(s)先后去拉爸爸(p)和妈妈(q)的手,爸爸(p)妈妈(q)再先后拉住孩子(s)的手。
3) 删除操作
删除某个结点,其实就是插入某个结点的逆操作。还是对于双向循环链表,要在连续的三个结点s,p,q中删除p结点,只需把s的右链域指针指向q,q的左链域指针指向s,并收回p结点即可。
假设指针p、s和q指向双向链表中的三个前后相邻结点,删除结点s的过程及C语言描述如下图所示:
图4 在双向链表中删除结点的过程
可见,删除时只需将p的后继指针指向q,q的前驱指针指向p,并回收结点s即可。
1.2 循环链表
将单链表尾结点的指针域指向第一个结点或表头结点,即构成单向循环链表,简称循环链表。从循环链表中任一结点单向出发,均可找到链表中其他结点。
借助表头结点可统一空表和非空表的运算,因此循环链表中往往加入表头结点。带头结点的循环链表如下图所示:
图5 带头结点的循环链表(头指针)
循环链表的操作算法与普通单链表基本相同,只是对表尾的判断有所改变。在循环链表chead中,判断表尾结点p的条件是p->next == chead,即当结点的后继指针指向表头结点时,说明已到表尾。
注意,创建循环链表时必须使其尾结点的后继指针指向表头结点,尤其是在尾结点后插入新结点时。
弃用头指针而采用尾指针,可方便地找到循环链表的开始结点和终端结点。如下图所示:
图6 带头结点的循环链表(尾指针)
1.3 双向循环链表
双向链表通常采用带表头结点的循环链表形式,即双向循环链表。双向循环链表在双向链表的基础上,将表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,首尾相连形成一个双向环。双向循环链表可方便地获取当前结点的前驱结点,不必像单向循环链表那样从头开始遍历;而其循环的特性又可方便地从任一结点出发单向遍历整个链表,不必像双向链表那样根据方向而使用不同的指针域。
带头结点的双向循环链表如下图所示:
图7 带头结点的双向循环链表
二 实现
本节将采用C语言实现一个通用双向循环链表的创建及操作函数集。
文中“OMCI_”和“Omci”前缀为代码所在模块名信息,使用接口时可按需修改这些前缀。
2.1 数据结构
定义双向循环链表单元结构示意如下:
图8 双向循环链表单元结构示意图
其中,根结点的pHead字段指向链表头结点,pTail字段指向链表尾结点。头结点的pPrev字段指向尾结点,尾结点的pNext字段指向头结点。若链表为空(仅含头结点),则pHead和pTail字段均指向头结点。
链表结点定义如下:
- typedef struct T_OMCI_LIST_NODE{
- struct T_OMCI_LIST_NODE *pPrev; /* 指向链表直接前驱结点的指针 */
- struct T_OMCI_LIST_NODE *pNext; /* 指向链表直接后继结点的指针 */
- VOID *pvNodeData; /* 指向链表数据的指针。获取具体数据时需显式转换该指针类型为目标类型 */
- }T_OMCI_LIST_NODE;
相应地,链表定义如下:
- typedef struct{
- T_OMCI_LIST_NODE *pHead; /* 指向链表头结点的指针 */
- T_OMCI_LIST_NODE *pTail; /* 指向链表尾结点的指针 */
- INT32U dwNodeNum; /* 链表结点数目 */
- INT32U dwNodeDataSize; /* 链表结点保存的数据字节数 */
- }T_OMCI_LIST;
为支持不同的数据类型和数据结构(通用性),链表结点数据域定义为VOID *pvNodeData指针。变量dwNodeDataSize指示数据域的数据宽度(字节数)。也可将数据宽度信息存储于头结点数据域内,从而不必定义变量dwNodeDataSize。通过遍历链表并计数可得结点数目,故变量dwNodeNum也并非必要。因此,dwNodeDataSize和dwNodeNum意在简化逻辑,也是“空间换时间”思想的体现。
除此之外,还定义以下状态值,以使链表内部状态透明化:
- //链表函数返回状态枚举值
- typedef enum{
- OMCI_LIST_OK = (INT8U),
- OMCI_LIST_ERROR = (INT8U)
- }LIST_STATUS;
- //链表结点空闲情况枚举值
- typedef enum{
- OMCI_LIST_OCCUPIED = (INT8U),
- OMCI_LIST_EMPTY = (INT8U),
- OMCI_LIST_NULL = (INT8U)
- }LIST_OCCUPATION;
- //BOOL型常量,适用于'Is'前缀函数
- #define OMCI_LIST_TRUE (BOOL)1
- #define OMCI_LIST_FALSE (BOOL)0
2.2 宏代码
为确保安全性,链表操作中需要进行大量的指针校验。因此,定义几个校验空指针的宏,以简化代码篇幅:
- #define FUNC_NAME __FUNCTION__ //(__func__)
- /* 指针校验宏 */
- //若无返回值则retVal置RETURN_VOID
- #define RETURN_VOID
- #define CHECK_SINGLE_POINTER(ptr1, retVal) do{\
- if(NULL == (ptr1))
- { \
- printf("[%s(%d)]Null Pointer: "#ptr1"!\n\r", FUNC_NAME, __LINE__); \
- return retVal; \
- } \
- }while()
- #define CHECK_DOUBLE_POINTER(ptr1, ptr2, retVal) do{\
- if((NULL == (ptr1)) || (NULL == (ptr2))) \
- { \
- printf("[%s(%d)]Null Pointer: "#ptr1"(%p), "#ptr2"(%p)!\n\r", FUNC_NAME, __LINE__, ptr1, ptr2); \
- return retVal; \
- } \
- }while()
- #define CHECK_TRIPLE_POINTER(ptr1, ptr2, ptr3, retVal) do{\
- if((NULL == (ptr1)) || (NULL == (ptr2)) || (NULL == (ptr3))) \
- { \
- printf("[%s(%d)]Null Pointer: "#ptr1"(%p), "#ptr2"(%p), "#ptr3"(%p)!\n\r", FUNC_NAME, __LINE__, ptr1, ptr2, ptr3); \
- return retVal; \
- } \
- }while()
若待检查的指针中至少有一个指针为空时,校验宏打印所有待检查的指针值并退出。但其实现使得下面的语句在pList为空时崩溃(打印时试图访问pList->pHead等):
CHECK_TRIPLE_POINTER(pList, pList->pHead, pList->pHead->pNext, OMCI_LIST_ERROR);
因此必须使用下面的分级校验以避免多级指针前级为NULL时访问本级出错:
CHECK_SINGLE_POINTER(pList, OMCI_LIST_ERROR);
CHECK_SINGLE_POINTER(pList->pHead, OMCI_LIST_ERROR);
CHECK_SINGLE_POINTER(pList->pHead->pNext, OMCI_LIST_ERROR);
若不打印各指针的值,则逻辑或(||)的运算顺序足矣保证CHECK_TRIPLE_POINTER写法的安全性。
注意,这些指针校验宏大量应用于2.3节函数接口中,以保证其安全性。使用者若能在外部杜绝空指针引用,则可添加条件编译开关“剔除”这些校验宏,以提高代码执行效率。
对于链表结点的操作比较固定,因此也用宏定义加以封装:
- //创建结点为作为链表头以生成双向循环空链表
- #define OMCI_INIT_NODE(pNode) do{ \
- (pNode)->pNext = (pNode)->pPrev = (pNode); \
- }while()
- //"孤立"链表结点,避免通过该结点访问其前驱和后继结点(进而遍历链表)
- #define OMCI_ISOL_NODE(pNode) do{ \
- (pNode)->pNext = (pNode)->pPrev = NULL; \
- }while()
- //判断链表是否仅含头结点
- #define OMCI_LIST_WITH_HEAD(pHeadNode) do{ \
- (((pHeadNode)->pPrev == (pHeadNode)) && ((pHeadNode->pNext == pHeadNode))); \
- }while()
- //插入链表结点
- #define OMCI_INSERT_NODE(prevNode, insertNode) do{ \
- (insertNode)->pNext = (prevNode)->pNext; \
- (insertNode)->pPrev = (prevNode); \
- (prevNode)->pNext->pPrev = (insertNode); \
- (prevNode)->pNext = (insertNode); \
- }while()
- //删除链表结点
- #define OMCI_REMOVE_NODE(removeNode) do{ \
- (removeNode)->pPrev->pNext = (removeNode)->pNext; \
- (removeNode)->pNext->pPrev = (removeNode)->pPrev; \
- }while()
- //获取链表结点及其数据(不做安全性检查)
- #define GET_NODE_NUM(pList) ((pList)->dwNodeNum)
- #define GET_HEAD_NODE(pList) ((pList)->pHead)
- #define GET_TAIL_NODE(pList) ((pList)->pTail)
- #define GET_PREV_NODE(pNode) ((pNode)->pPrev)
- #define GET_NEXT_NODE(pNode) ((pNode)->pNext)
- #define GET_NODE_DATA(pNode) ((pNode)->pvNodeData)
- //双向循环链表遍历校验宏
- #define LIST_ITER_CHECK(pList, retVal) do{\
- CHECK_SINGLE_POINTER((pList), retVal); \
- CHECK_SINGLE_POINTER((pList)->pHead, retVal); \
- CHECK_SINGLE_POINTER((pList)->pHead->pNext, retVal); \
- }while()
- //双向循环链表遍历宏
- //pList: 链表指针;pLoopNode: 链表结点,用作循环计数器;
- //pTmpNode: 链表结点,用作删除pLoopNode时临时保存pLoopNode->pNext
- //某些情况下采用遍历宏代替OmciLocateListNode或OmciTraverseListNode函数可提高执行效率。
- //如外部数据和结点数据需按共同的规则转换时,采用遍历宏可使外部数据不必重复转换。
- #define LIST_ITER_LOOP(pList, pLoopNode) \
- for(pLoopNode = (pList)->pHead->pNext; \
- pLoopNode != (pList)->pHead; \
- pLoopNode = pLoopNode->pNext)
- #define LIST_ITER_LOOP_SAFE(pList, pLoopNode, pTmpNode) \
- for(pLoopNode = (pList)->pHead->pNext, pTmpNode = pLoopNode->pNext; \
- pLoopNode != (pList)->pHead; \
- pLoopNode = pTmpNode, pTmpNode = pLoopNode->pNext)
结点的插入和删除操作可参考1.1节双向链表的图例。GET_HEAD_NODE等宏可高效(但不安全)地获取链表结点及其数据,后续将给出其函数版本。LIST_ITER_LOOP宏旨在给使用者提供一定程度的自由度,某些情况下可提高执行效率。
2.3 函数接口
首先定义一组私有函数,主要是创建、删除和销毁链表结点。这些内部使用的函数已尽可能保证参数安全性,故省去参数校验处理。
为简便起见,下文中“XX指针”均表示指向XX的指针。
创建新的链表结点:
- /**********************************************************************
- * 函数名称: CreateListNode
- * 功能描述: 创建新的链表结点
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * VOID *pvNodeData :待插入的链表结点数据指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: T_OMCI_LIST_NODE*
- ***********************************************************************/
- static T_OMCI_LIST_NODE *CreateListNode(T_OMCI_LIST *pList, VOID *pvNodeData)
- {
- T_OMCI_LIST_NODE *pInsertNode = (T_OMCI_LIST_NODE*)calloc((sizeof(T_OMCI_LIST_NODE)+pList->dwNodeDataSize), );
- if(NULL == pInsertNode)
- {
- printf("[%s]pList(%p) failed to alloc for pInsertNode!\n", FUNC_NAME, pList);
- return NULL;
- }
- pInsertNode->pvNodeData = (INT8U *)pInsertNode + sizeof(T_OMCI_LIST_NODE);
- if(NULL != pvNodeData)
- { //创建非头结点时
- memmove(pInsertNode->pvNodeData, pvNodeData, pList->dwNodeDataSize);
- }
- return pInsertNode;
- }
删除指定的链表结点:
- /**********************************************************************
- * 函数名称: RemoveListNode
- * 功能描述: 删除指定的链表结点(释放结点内存并置其前驱后继指针为NULL)
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * VOID *pvNode :待删除的链表结点指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: LIST_STATUS
- * 注意事项: 本函数未置待删除结点指针为NULL,请避免访问已删除结点
- ***********************************************************************/
- static LIST_STATUS RemoveListNode(T_OMCI_LIST *pList, T_OMCI_LIST_NODE *pNode)
- {
- OMCI_ISOL_NODE(pNode);
- free(pNode); //释放链表结点
- return OMCI_LIST_OK;
- }
OMCI_ISOL_NODE 宏用于"孤立"待删除的链表结点,避免通过该结点访问其前驱和后继结点(进而遍历链表)。因为RemoveListNode函数无法将结点指针置空(C语言值传递特性),故调用者需注意避免再次使用已删除的结点。若要达到结点指针置空的目的,可调用销毁结点的接口函数:
- /**********************************************************************
- * 函数名称: DestroyListNode
- * 功能描述: 销毁指定的链表结点(释放结点内存并置结点指针为NULL)
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * VOID **pNode :待销毁的链表结点指针的指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: LIST_STATUS
- * 注意事项: 当指向待销毁结点的指针存在多份拷贝且散布程序各处时(尤其当
- * 调用链未能保证**pNode指向原始结点时),无法彻底销毁该结点
- ***********************************************************************/
- static LIST_STATUS DestroyListNode(T_OMCI_LIST *pList, T_OMCI_LIST_NODE **pNode)
- {
- free(*pNode); //释放链表结点
- *pNode = NULL;
- return OMCI_LIST_OK;
- }
DestroyListNode函数会释放指定结点的内存并将结点指针置空。但当代码中存在该结点指针的其他副本时,该函数显然无法将这些指针副本置空。
至于RemoveListNode和DestroyListNode函数孰优孰劣,可参考附注中对“迷途指针”的讨论。
有时可能需要获知链表的确切占用情况(通常没有必要),如不含任何结点、仅含头结点或者还包含其他有用结点。GetListOccupation函数可满足这一“吹毛求疵”的需求,其他情况应使用下文将要给出的判空函数OmciIsListEmpty。OmciIsListEmpty将不含任何结点和仅含头结点均视为空链表,以隐藏内部细节。
- /**********************************************************************
- * 函数名称: GetListOccupation
- * 功能描述: 获取链表占用情况
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: LIST_OCCUPATION
- * 注意事项: 本函数仅用于内部测试。
- ***********************************************************************/
- static LIST_OCCUPATION GetListOccupation(T_OMCI_LIST *pList)
- {
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList, OMCI_LIST_NULL);
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList->pHead, OMCI_LIST_NULL);
- return ( == pList->dwNodeNum) ? OMCI_LIST_EMPTY : OMCI_LIST_OCCUPIED;
- }
基于上述私有函数,可进一步构建链表及其结点的基本操作接口。
2.3.1 链表操作
使用链表前,必须对其初始化。初始化时将创建头结点,并确定后续将要链接的结点数据宽度。
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciInitList
- * 功能描述: 链表初始化,产生空的双向循环链表
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * INT32U dwNodeDataSize :链表结点保存的数据字节数
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: LIST_STATUS
- ***********************************************************************/
- LIST_STATUS OmciInitList(T_OMCI_LIST *pList, INT32U dwNodeDataSize)
- {
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList, OMCI_LIST_ERROR);
- if( == dwNodeDataSize)
- {
- printf("[%s]pList=%p, dwNodeDataSize=%uBytes, undesired initialization!\n",
- FUNC_NAME, pList, dwNodeDataSize);
- return OMCI_LIST_ERROR;
- }
- pList->dwNodeDataSize = dwNodeDataSize; //给予重新修改结点数据大小的机会
- if(NULL != pList->pHead)
- {
- printf("[%s]pList(%p) has been initialized!\n", FUNC_NAME, pList);
- return OMCI_LIST_OK;
- }
- T_OMCI_LIST_NODE *pHeadNode = CreateListNode(pList, NULL);
- if(NULL == pHeadNode)
- {
- printf("[%s]pList(%p) failed to create pHeadNode!\n", FUNC_NAME, pList);
- return OMCI_LIST_ERROR;
- }
- OMCI_INIT_NODE(pHeadNode);
- pList->pHead = pList->pTail = pHeadNode;
- pList->dwNodeNum = ;
- return OMCI_LIST_OK;
- }
通常不会中途修改dwNodeDataSize。仅当使用者确知数据宽度的变化边界(如确知前N个结点数据为四字节,其后为八字节)时,中途修改dwNodeDataSize才有意义。当然,也可新增一个OmciResizeList接口。
调用OmciInitList接口后,将创建一张仅含头结点的空双向循环链表。此后可向链表中插入结点。
暂时不需要当前链表时,可清空链表除头结点外的结点。这样再次使用时无需初始化链表,直接插入结点即可。若确定不再需要当前链表时,可销毁链表的所有结点。OmciClearList和OmciDestroyList函数分别完成链表的清空和销毁。
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciClearList
- * 功能描述: 清空双向循环链表除头结点外的结点
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: LIST_STATUS
- * 注意事项: 清空链表结点后,再次插入结点时不需要初始化链表。
- ***********************************************************************/
- LIST_STATUS OmciClearList(T_OMCI_LIST *pList)
- {
- LIST_ITER_CHECK(pList, OMCI_LIST_ERROR);
- T_OMCI_LIST_NODE *pNextNode, *pListNode = pList->pHead->pNext;
- while(pListNode != pList->pHead)
- {
- pNextNode = pListNode->pNext;
- RemoveListNode(pList, pListNode);
- pListNode = pNextNode;
- }
- OMCI_INIT_NODE(pList->pHead);
- pList->pTail = pList->pHead;
- pList->dwNodeNum = ;
- return OMCI_LIST_OK;
- }
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciDestroyList
- * 功能描述: 销毁双向循环链表,包括头结点
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: LIST_STATUS
- * 注意事项: 销毁链表后,再次插入结点时需要初始化链表。
- ***********************************************************************/
- LIST_STATUS OmciDestroyList(T_OMCI_LIST *pList)
- {
- LIST_ITER_CHECK(pList, OMCI_LIST_ERROR);
- T_OMCI_LIST_NODE *pNextNode, *pListNode = pList->pHead->pNext;
- while(pListNode != pList->pHead)
- {
- pNextNode = pListNode->pNext;
- DestroyListNode(pList, &pListNode);
- pListNode = pNextNode;
- }
- DestroyListNode(pList, &(pList->pHead)); //销毁头结点
- pList->pTail = NULL; //尾结点指针置空
- pList->dwNodeNum = ;
- pList->dwNodeDataSize = ;
- return OMCI_LIST_OK;
- }
清空或销毁链表后,OmciIsListEmpty函数的返回值将为逻辑真,表明当前链表为空。
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciIsListEmpty
- * 功能描述: 判断链表是否为空(仅含头结点或不含任何结点)
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: BOOL
- ***********************************************************************/
- BOOL OmciIsListEmpty(T_OMCI_LIST *pList)
- {
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList, OMCI_LIST_TRUE);
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList->pHead, OMCI_LIST_TRUE);
- T_OMCI_LIST_NODE *pHeadNode = pList->pHead;
- if(( == pList->dwNodeNum) &&
- (pHeadNode->pPrev == pHeadNode) && //冗余校验以加强安全性
- (pHeadNode->pNext == pHeadNode))
- {
- return OMCI_LIST_TRUE;
- }
- else
- {
- return OMCI_LIST_FALSE;
- }
- }
此处为加强安全性对头结点进行检验,但并非必要。若剔除冗余校验,则OmciIsListEmpty函数的实现会更为简洁高效。
2.3.2 结点操作
链表初始化后,可在链表头结点后逆序或顺序依次插入新的结点。当从头结点向后继方向遍历时,逆序插入的行为类似于栈,而顺序插入的行为类似于队列。
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciPrependListNode
- * 功能描述: 在链表头结点后逆序增加结点,尾结点恒为头结点
- * 在头结点指针pHead所指向结点和pHead->pNext所指向结点
- * 之间插入新结点,先插入的结点向右移动。遍历链表时
- * 从pHead开始向右依次访问至最先插入的结点,类似于栈。
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * VOID *pvNodeData :待插入的链表结点数据指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: LIST_STATUS
- ***********************************************************************/
- LIST_STATUS OmciPrependListNode(T_OMCI_LIST *pList, VOID *pvNodeData)
- {
- CHECK_DOUBLE_POINTER(pList, pvNodeData, OMCI_LIST_ERROR);
- if( == pList->dwNodeDataSize)
- {
- printf("[%s]pList=%p, dwNodeDataSize=0Bytes, probably uninitialized or initialized improperly. See 'OmciInitList'!\n",
- FUNC_NAME, pList);
- return OMCI_LIST_ERROR;
- }
- T_OMCI_LIST_NODE *pInsertNode = CreateListNode(pList, pvNodeData);
- if(NULL == pInsertNode)
- {
- printf("[%s]pList(%p) failed to create pInsertNode!\n", FUNC_NAME, pList);
- return OMCI_LIST_ERROR;
- }
- OMCI_INSERT_NODE(pList->pHead, pInsertNode); //在链表头结点后增加一个结点
- pList->dwNodeNum++;
- return OMCI_LIST_OK;
- }
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciAppendListNode
- * 功能描述: 在链表头结点后顺序增加结点,新结点作为尾结点
- * 在头结点指针pHead所指向结点前(即尾结点后)插入新结点,
- * 先插入的结点向左移动。遍历链表时从pHead开始向右依次
- * 访问至最后插入的结点,类似于队列。
- * 双向循环链表已保证pList->pTail(即pHead->pPrev)非空。
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * VOID *pvNodeData :待插入的链表结点数据指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: LIST_STATUS
- ***********************************************************************/
- LIST_STATUS OmciAppendListNode(T_OMCI_LIST *pList, VOID *pvNodeData)
- {
- CHECK_DOUBLE_POINTER(pList, pvNodeData, OMCI_LIST_ERROR);
- if( == pList->dwNodeDataSize)
- {
- printf("[%s]pList=%p, dwNodeDataSize=0Bytes, probably uninitialized or initialized improperly. See 'OmciInitList'!\n",
- FUNC_NAME, pList);
- return OMCI_LIST_ERROR;
- }
- T_OMCI_LIST_NODE *pInsertNode = CreateListNode(pList, pvNodeData);
- if(NULL == pInsertNode)
- {
- printf("[%s]pList(%p) failed to create pInsertNode!\n", FUNC_NAME, pList);
- return OMCI_LIST_ERROR;
- }
- OMCI_INSERT_NODE(pList->pTail, pInsertNode); //在链表尾结点后增加一个结点
- pList->pTail = pInsertNode; //新的尾结点指向当前添加的结点
- pList->dwNodeNum++;
- return OMCI_LIST_OK;
- }
对dwNodeDataSize 的校验用于指示链表未初始化或未正确初始化的错误。将该校验置于私有函数CreateListNode中可简化Prepend和Append代码。但FUNC_NAME信息将暴露内部函数,从而给使用者造成疑惑,故该校验予以保留。
有时需要在链表中任意位置插入结点,此时可使用OmciInsertListNode接口。
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciInsertListNode
- * 功能描述: 在链表中任意位置插入结点
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * T_OMCI_LIST_NODE *pPrevNode :待插入结点的前驱结点指针
- * VOID *pvNodeData :待插入结点的数据域指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: LIST_STATUS
- * 注意事项: 若pPrevNode恒为头结点或尾结点,请使用OmciPrependListNode
- * 或OmciAppendListNode函数
- ***********************************************************************/
- LIST_STATUS OmciInsertListNode(T_OMCI_LIST *pList, T_OMCI_LIST_NODE *pPrevNode, VOID *pvNodeData)
- {
- CHECK_TRIPLE_POINTER(pList, pPrevNode, pvNodeData, OMCI_LIST_ERROR);
- if( == pList->dwNodeDataSize)
- {
- printf("[%s]pList=%p, dwNodeDataSize=0Bytes, probably uninitialized or initialized improperly. See 'OmciInitList'!\n",
- FUNC_NAME, pList);
- return OMCI_LIST_ERROR;
- }
- T_OMCI_LIST_NODE *pInsertNode = CreateListNode(pList, pvNodeData);
- if(NULL == pInsertNode)
- {
- printf("[%s]pList(%p) failed to create pInsertNode!\n", FUNC_NAME, pList);
- return OMCI_LIST_ERROR;
- }
- OMCI_INSERT_NODE(pPrevNode, pInsertNode);
- if(pPrevNode == pList->pTail)
- pList->pTail = pInsertNode;
- pList->dwNodeNum++;
- return OMCI_LIST_OK;
- }
当pPrevNode恒为头结点时,OmciInsertListNode接口等效于OmciPrependListNode;当pPrevNode恒为尾结点时,OmciInsertListNode接口等效于OmciAppendListNode。这两种情况建议使用Prepend或Append接口(毕竟减少一个参数)。
插入若干结点后,就可删除或销毁链表中除头结点外的任一结点。
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciRemoveListNode
- * 功能描述: 删除双向循环链表中除头结点外的某一结点
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * T_OMCI_LIST_NODE *pNode :待删除的链表结点指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: LIST_STATUS
- ***********************************************************************/
- LIST_STATUS OmciRemoveListNode(T_OMCI_LIST *pList, T_OMCI_LIST_NODE *pNode)
- {
- CHECK_DOUBLE_POINTER(pList, pNode, OMCI_LIST_ERROR);
- CHECK_DOUBLE_POINTER(pNode->pPrev, pNode->pNext, OMCI_LIST_ERROR);
- if( == pList->dwNodeNum)
- {
- printf("[%s]pList(%p) has no node to be Removed!\n", FUNC_NAME, pList);
- return OMCI_LIST_ERROR;
- }
- OMCI_REMOVE_NODE(pNode);
- if(pNode->pNext == pList->pHead)
- {
- pList->pTail = pNode->pPrev; //删除尾结点
- }
- RemoveListNode(pList, pNode);
- pList->dwNodeNum--;
- return OMCI_LIST_OK;
- }
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciDestroyListNode
- * 功能描述: 销毁双向循环链表中除头结点外的某一结点
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * T_OMCI_LIST_NODE **pNode :待销毁的链表结点二级指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: LIST_STATUS
- ***********************************************************************/
- LIST_STATUS OmciDestroyListNode(T_OMCI_LIST *pList, T_OMCI_LIST_NODE **pNode)
- {
- CHECK_DOUBLE_POINTER(pList, pNode, OMCI_LIST_ERROR);
- CHECK_SINGLE_POINTER(*pNode, OMCI_LIST_ERROR);
- if( == pList->dwNodeNum)
- {
- printf("[%s]pList(%p) has no node to be Removed!\n", FUNC_NAME, pList);
- return OMCI_LIST_ERROR;
- }
- OMCI_REMOVE_NODE(*pNode);
- if((*pNode)->pNext == pList->pHead)
- {
- pList->pTail = (*pNode)->pPrev; //删除尾结点
- }
- DestroyListNode(pList, pNode);
- pList->dwNodeNum--;
- return OMCI_LIST_OK;
- }
然而,要删除或销毁链表结点,必须先定位到该结点。
在链表中“定位”某个结点有两种手段:一是通过结点编号查找,如OmciGetListNodeByIndex;二是通过某种给定条件匹配,如OmciLocateListNode(查找首个满足给定条件的结点)。
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciGetListNodeByIndex
- * 功能描述: 获取链表中指定序号的结点(按头结点后继方向排序)
- * 输入参数: T_OMCI_LIST* pList :链表指针
- * INT32U dwNodeIndex :结点序号(从1开始)
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: T_OMCI_LIST_NODE* 链表结点指针(空表返回NULL)
- ***********************************************************************/
- T_OMCI_LIST_NODE* OmciGetListNodeByIndex(T_OMCI_LIST *pList, INT32U dwNodeIndex)
- {
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList, NULL);
- if( == dwNodeIndex)
- return pList->pHead; //也可返回NULL
- if(dwNodeIndex >= pList->dwNodeNum)
- return pList->pTail;
- INT32U dwNodeIdx = ;
- T_OMCI_LIST_NODE *pListNode = pList->pHead;
- for(; dwNodeIdx <= dwNodeIndex; dwNodeIdx++)
- pListNode = pListNode->pNext;
- return pListNode;
- }
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciLocateListNode
- * 功能描述: 查找链表中首个与pData满足函数fpCompareNode判定关系的结点
- * 输入参数: T_OMCI_LIST* pList :链表指针
- * VOID* pvData :待比较数据指针
- * CompareNodeFunc fpCompareNode :比较回调函数指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: T_OMCI_LIST_NODE* 链表结点指针(未找到时返回NULL)
- ***********************************************************************/
- /* 比较回调函数原型,用来自定义链表节点比较 */
- typedef INT8U (*CompareNodeFunc)(VOID *pvNodeData, VOID *pvData, INT32U dwNodeDataSize);
- T_OMCI_LIST_NODE* OmciLocateListNode(T_OMCI_LIST *pList, VOID *pvData, CompareNodeFunc fpCompareNode)
- {
- CHECK_TRIPLE_POINTER(pList, pvData, fpCompareNode, NULL);
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList->pHead, NULL);
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList->pHead->pNext, NULL);
- T_OMCI_LIST_NODE *pListNode = pList->pHead->pNext;
- while(pListNode != pList->pHead)
- {
- if( == fpCompareNode(pListNode->pvNodeData, pvData, pList->dwNodeDataSize))
- return pListNode;
- pListNode = pListNode->pNext;
- }
- return NULL;
- }
可见,OmciLocateListNode接口本质上就是“遍历+匹配”。要进行单纯而强大的遍历操作,可使用OmciTraverseListNode接口。
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciTraverseListNode
- * 功能描述: 链表结点遍历函数,遍历操作由fpTravNode指定
- * 输入参数: T_OMCI_LIST* pList :链表指针
- * VOID* pvTravInfo :遍历操作回调函数所需信息
- * 也可为空,取决于回调函数具体实现
- * TravNodeFunc fpTravNode :遍历操作回调函数指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: LIST_STATUS
- * 注意事项: 本函数可间接实现Print等操作,但不建议代替后者。
- * fpTravNode返回非0(OMCI_LIST_OK)值时中止遍历
- ***********************************************************************/
- typedef LIST_STATUS (*TravNodeFunc)(VOID *pvNode, VOID *pvTravInfo, INT32U dwNodeDataSize);
- LIST_STATUS OmciTraverseListNode(T_OMCI_LIST *pList, VOID *pvTravInfo, TravNodeFunc fpTravNode)
- {
- CHECK_DOUBLE_POINTER(pList, fpTravNode, OMCI_LIST_ERROR);
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList->pHead, OMCI_LIST_ERROR);
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList->pHead->pNext, OMCI_LIST_ERROR);
- T_OMCI_LIST_NODE *pListNode = pList->pHead->pNext;
- while(pListNode != pList->pHead)
- {
- T_OMCI_LIST_NODE *pTmpNode = pListNode->pNext; //fpTravNode内可能会销毁结点pListNode
- if(OMCI_LIST_OK != fpTravNode(pListNode, pvTravInfo, pList->dwNodeDataSize))
- break;
- pListNode = pTmpNode;
- }
- return OMCI_LIST_OK;
- }
因为OmciAppendListNode和OmciPrependListNode已暗含“正序”和“逆序”的意思,故仅提供OmciTraverseListNode函数,而无需再增加逆序遍历的接口(除非需要同时双序遍历)。
常常需要打印输出链表结点的数据域内容,而OmciTraverseListNode接口稍显笨重。此时可使用专门的打印接口OmciPrintListNode。
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciPrintListNode
- * 功能描述: 打印输出链表结点的数据域内容
- * 输入参数: T_OMCI_LIST* pList :链表指针
- * PrintListFunc fpPrintList :打印回调函数指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: LIST_STATUS
- ***********************************************************************/
- /* 打印回调函数原型,用来自定义链表内容打印 */
- typedef VOID (*PrintListFunc)(VOID *pNodeData, INT32U dwNodeNum);
- LIST_STATUS OmciPrintListNode(T_OMCI_LIST *pList, PrintListFunc fpPrintList)
- {
- CHECK_DOUBLE_POINTER(pList, fpPrintList, OMCI_LIST_ERROR);
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList->pHead, OMCI_LIST_ERROR);
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList->pHead->pNext, OMCI_LIST_ERROR);
- T_OMCI_LIST_NODE *pListNode = pList->pHead->pNext;
- while(pListNode != pList->pHead)
- {
- //具体打印格式交给回调函数灵活处理(可直接打印也可拷贝至本地处理后打印)
- fpPrintList(pListNode->pvNodeData, pList->dwNodeNum);
- pListNode = pListNode->pNext;
- }
- printf("\n");
- return OMCI_LIST_OK;
- }
对于CompareNodeFunc 和PrintListFunc,以下给出两个范例:
- /**********************************************************************
- * 函数名称: CompareNodeGeneric
- * 功能描述: 通用链表结点内存比较
- * 输入参数: VOID *pvNodeData :链表结点数据指针
- * VOID *pvData :待比较外部数据指针
- * INT32U dwNodeDataSize :链表结点数据大小
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: 0:Equal; !0:Unequal
- * 注意事项: 比较长度为结点数据字节数,即默认与外部数据大小一致
- ***********************************************************************/
- INT8U CompareNodeGeneric(VOID *pvNodeData, VOID *pvData, INT32U dwNodeDataSize)
- {
- CHECK_DOUBLE_POINTER(pvNodeData, pvData, );
- return memcmp(pvNodeData, pvData, dwNodeDataSize);
- }
- /**********************************************************************
- * 函数名称: PrintListWord
- * 功能描述: 打印链表结点,结点数据域为两字节整数
- * 输入参数: VOID *pvNodeData :链表节点数据指针
- * INT32U dwNodeNum :链表节点数目
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: VOID
- * 注意事项: 仅作示例,未考虑字节序等问题。
- ***********************************************************************/
- VOID PrintListWord(VOID *pvNodeData, INT32U dwNodeNum)
- {
- CHECK_SINGLE_POINTER(pvNodeData, RETURN_VOID);
- printf("%d ", *((INT16U *)pvNodeData));
- }
最后,给出获取链表结点及其数据的安全接口:
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciGetListNodeNum
- * 功能描述: 获取链表结点数目
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- * 输出参数: NA
- * 返 回 值: INT32U 链表结点数目
- ***********************************************************************/
- INT32U OmciGetListNodeNum(T_OMCI_LIST *pList)
- {
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList, );
- return (pList->dwNodeNum);
- }
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciGetListHead/OmciGetListTail
- * 功能描述: 获取链表头结点/尾结点指针
- * 输入参数: T_OMCI_LIST *pList :链表指针
- ***********************************************************************/
- T_OMCI_LIST_NODE* OmciGetListHead(T_OMCI_LIST *pList)
- {
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList, NULL);
- return (pList->pHead);
- }
- T_OMCI_LIST_NODE* OmciGetListTail(T_OMCI_LIST *pList)
- {
- CHECK_SINGLE_POINTER(pList, NULL);
- return (pList->pTail);
- }
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciGetPrevNode/OmciGetNextNode
- * 功能描述: 获取链表指定结点的前驱结点/后继结点指针
- * 输入参数: T_OMCI_LIST_NODE *pNode :指定结点的指针
- ***********************************************************************/
- T_OMCI_LIST_NODE* OmciGetPrevNode(T_OMCI_LIST_NODE *pNode)
- {
- CHECK_SINGLE_POINTER(pNode, NULL);
- return (pNode->pPrev);
- }
- T_OMCI_LIST_NODE* OmciGetNextNode(T_OMCI_LIST_NODE *pNode)
- {
- CHECK_SINGLE_POINTER(pNode, NULL);
- return (pNode->pNext);
- }
- /**********************************************************************
- * 函数名称: OmciGetNodeData
- * 功能描述: 获取链表指定结点的数据域
- * 输入参数: T_OMCI_LIST_NODE *pNode :指定结点的指针
- ***********************************************************************/
- VOID* OmciGetNodeData(T_OMCI_LIST_NODE *pNode)
- {
- CHECK_DOUBLE_POINTER(pNode, pNode->pvNodeData, NULL);
- return (pNode->pvNodeData);
- }
三 测试
本节将对上文实现的链表操作接口进行测试,测试函数兼作使用示例。
- #ifdef TEST_AND_EXAMPLE
- static LIST_STATUS TravPrintWord(VOID *pvNode, VOID *pvTravInfo, INT32U dwNodeDataSize)
- {
- CHECK_SINGLE_POINTER(pvNode, OMCI_LIST_ERROR);
- T_OMCI_LIST_NODE *pNode = (T_OMCI_LIST_NODE *)pvNode;
- printf("%d ", *((INT16U *)GET_NODE_DATA(pNode)));
- return OMCI_LIST_OK;
- }
- T_OMCI_LIST gExampleList = {};
- VOID ListTestExample(VOID)
- { //本函数并非严格意义上的测试函数,主要用作示例,且示例并非最佳用法。
- INT8U ucTestIndex = ;
- INT16U aTestListData[] = {, , , , , };
- printf("\n<Test Case %u>: Initialization!\n", ucTestIndex++);
- OmciInitList(&gExampleList, sizeof(INT16U));
- printf("gExampleList=%p, pHead=%p, pTail=%p\n", &gExampleList,
- OmciGetListHead(&gExampleList), OmciGetListTail(&gExampleList));
- printf("\n<Test Case %u>: Append Node to List!\n", ucTestIndex++);
- OmciAppendListNode(&gExampleList, &aTestListData[]);
- OmciAppendListNode(&gExampleList, &aTestListData[]);
- OmciAppendListNode(&gExampleList, &aTestListData[]);
- printf("OmciIsListEmpty=%u(0-Occupied; 1-Empty)\n", OmciIsListEmpty(&gExampleList));
- printf("gExampleList NodeNum=%u\n", OmciGetListNodeNum(&gExampleList));
- OmciPrintListNode(&gExampleList, PrintListWord);
- printf("\n<Test Case %u>: Insert Node to List!\n", ucTestIndex++);
- T_OMCI_LIST_NODE *pPrevNode = OmciGetListNodeByIndex(&gExampleList, );
- printf("NodeData2=%d\n", *((INT16U *)OmciGetNodeData(pPrevNode)));
- OmciInsertListNode(&gExampleList, pPrevNode, &aTestListData[]);
- printf("gExampleList NodeNum=%u\n", OmciGetListNodeNum(&gExampleList));
- OmciPrintListNode(&gExampleList, PrintListWord);
- printf("\n<Test Case %u>: Remove Node from List!\n", ucTestIndex++);
- T_OMCI_LIST_NODE *pDeleteNode = OmciLocateListNode(&gExampleList, &aTestListData[], CompareNodeGeneric);
- OmciRemoveListNode(&gExampleList, pDeleteNode);
- printf("gExampleList NodeNum=%u\n", OmciGetListNodeNum(&gExampleList));
- OmciPrintListNode(&gExampleList, PrintListWord);
- printf("\n<Test Case %u>: Clear List!\n", ucTestIndex++);
- OmciClearList(&gExampleList);
- printf("gExampleList=%p, pHead=%p, pTail=%p\n", &gExampleList,
- GET_HEAD_NODE(&gExampleList), GET_TAIL_NODE(&gExampleList));
- printf("OmciIsListEmpty=%u(0-Occupied; 1-Empty)\n", OmciIsListEmpty(&gExampleList));
- printf("gExampleList NodeNum=%u\n", OmciGetListNodeNum(&gExampleList));
- printf("\n<Test Case %u>: Prepend Node to List!\n", ucTestIndex++);
- OmciPrependListNode(&gExampleList, &aTestListData[]);
- OmciPrependListNode(&gExampleList, &aTestListData[]);
- OmciPrependListNode(&gExampleList, &aTestListData[]);
- printf("OmciIsListEmpty=%u(0-Occupied; 1-Empty)\n", OmciIsListEmpty(&gExampleList));
- printf("gExampleList NodeNum=%u\n", OmciGetListNodeNum(&gExampleList));
- OmciPrintListNode(&gExampleList, PrintListWord);
- T_OMCI_LIST_NODE *pListNode = NULL;
- LIST_ITER_LOOP(&gExampleList, pListNode)
- {
- printf("%d ", *((INT16U *)GET_NODE_DATA(pListNode)));
- }
- printf("\n");
- OmciTraverseListNode(&gExampleList, NULL, TravPrintWord);
- printf("\n");
- printf("\n<Test Case %u>: Destory List!\n", ucTestIndex++);
- OmciDestroyList(&gExampleList);
- printf("gExampleList=%p, pHead=%p, pTail=%p\n", &gExampleList,
- GET_HEAD_NODE(&gExampleList), GET_TAIL_NODE(&gExampleList));
- printf("gExampleList NodeNum=%u\n", OmciGetListNodeNum(&gExampleList));
- printf("GetListOccupation=%u(0-Occupied; 1-Empty; 2-Null)\n", GetListOccupation(&gExampleList));
- return;
- }
- #endif
在上述测试代码中,Prepend或Append结点的代码若用OmciInsertListNode实现,如下:
- OmciInsertListNode(&gExampleList, OmciGetListHead(&gExampleList), &aTestListData[]);
- OmciInsertListNode(&gExampleList, OmciGetListHead(&gExampleList), &aTestListData[]);
- OmciInsertListNode(&gExampleList, OmciGetListHead(&gExampleList), &aTestListData[]);
- //Or
- OmciInsertListNode(&gExampleList, OmciGetListTail(&gExampleList), &aTestListData[]);
- OmciInsertListNode(&gExampleList, OmciGetListTail(&gExampleList), &aTestListData[]);
- OmciInsertListNode(&gExampleList, OmciGetListTail(&gExampleList), &aTestListData[]);
测试结果如下所示:
- <Test Case 1>: Initialization!
- gExampleList=0x804bc8c, pHead=0x8b39010, pTail=0x8b39010
- <Test Case 2>: Append Node to List!
- OmciIsListEmpty=0(0-Occupied; 1-Empty)
- gExampleList NodeNum=3
- 11 22 33
- <Test Case 3>: Insert Node to List!
- NodeData2=22
- gExampleList NodeNum=4
- 11 22 55 33
- <Test Case 4>: Remove Node from List!
- gExampleList NodeNum=3
- 11 55 33
- <Test Case 5>: Clear List!
- gExampleList=0x804bc8c, pHead=0x8b39010, pTail=0x8b39010
- OmciIsListEmpty=1(0-Occupied; 1-Empty)
- gExampleList NodeNum=0
- <Test Case 6>: Prepend Node to List!
- OmciIsListEmpty=0(0-Occupied; 1-Empty)
- gExampleList NodeNum=3
- 66 55 44
- 66 55 44
- 66 55 44
- <Test Case 7>: Destory List!
- gExampleList=0x804bc8c, pHead=(nil), pTail=(nil)
- gExampleList NodeNum=0
- [GetListOccupation(140)]Null Pointer: pList->pHead!
- GetListOccupation=2(0-Occupied; 1-Empty; 2-Null)
四 附注
迷途指针(Dangling pointer,亦称悬垂指针)和野指针(Wild pointer)
- 迷途指针:所指向的对象被释放或收回,但该指针仍指向原对象的内存地址(想象被强拆后无家可归的人...)。
- 野指针:指针在使用之前未进行必要的初始化(未显式初始化的静态指针不是野指针)。
可见,迷途指针和野指针均指向不合法的对象,应禁止读写其指向的内存。野指针简单且易于处理,以下主要讨论迷途指针。
在C语言中,当指针所指向的动态内存被显式地释放(free)后,该指针就成为迷途指针。若通过迷途指针访问或修改已释放的动态分配内存,则可能引发难以排查的故障(尤其当原对象内存分配作他用时)。若指针是函数内的自动变量,函数退出时会被自动销毁;否则,最好在释放动态内存后将该指针置空(NULL)。虽然将迷途指针重新置空的做法可能隐藏诸如double free之类的逻辑问题,但却使得对它的读写错误更容易暴露(尤其是在多线程环境中)。
在C语言中,可通过下述两种free替代版本来尽可能避免迷途指针错误:
- #define SAFE_FREE((pointer)) do{ \
- if(pointer != NULL){ \
- free(pointer); \
- pointer = NULL; \
- }while();
- void SafeFree(void **pointer)
- {
- if(pointer != NULL)
- {
- free(*pointer);
- *pointer = NULL;
- }
- }
然而,当指向动态分配内存的指针存在多个副本且散布程序各处时,该技术不会置空其他指针变量,从而导致释放后指针行为的不一致。因此,编码者应保证每个指针都有其明确的用途和生存期。
注意,因为C语言的值传递特性,现有的free库函数内不可能将入参指针置空。若要达到置空的目的,必须传入二级指针,如SafeFree。但SafeFree必然与其内存分配版本(如SafeAlloc)的入参类型不一致,这会增加使用者出错的机率。而由上面的讨论可知,即使置空当前入参指针,也无法清除其副本。因此,最好由调用者自行决定如何置空。至于作者倾向于free还是SafeFree,可参考《关于Linux系统basename函数缺陷的思考》一文,或者试想下逐级释放的顺序性。
另一种常见的迷途指针产生于试图返回栈上分配的局部变量的地址。详见《已释放的栈内存》一文。
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