Linux下C语言实现的哈希链表

操作系统：ubuntu10.04

前言：
    在稍微大点的项目中，基本都会遇到算法问题，特别是大数据的查找。
    在当前项目中，使用到了哈希链表。

一，概述
    实现思路：用数组保存哈希桶的关键信息，再用链表链接数据到对应的哈希桶中。
        如：管理很多字符串。以a~z，？为哈希桶。
    

二，实现
    1，结构

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struct    hlist_node
{
    struct hlist_node     *next;    // 指向下一个结点的指针
    struct hlist_node    **pprev;// 指向上一个结点的next指针的地址
};


struct     hlist_head
{
    struct hlist_node *first;    // 指向每一个hash桶的第一个结点的指针
};

    2，初始化哈希桶

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// 初始化hash桶的头结点
#define    INIT_HLIST_HEAD(ptr)    ((ptr)->first = NULL)

    

    3，初始化哈希桶中的每一个节点

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// 初始化hash桶的普通结点
static    inline    void    INIT_HLIST_NODE(struct hlist_node *node)
{
    node->next    = NULL;
    node->pprev    = NULL;
}

    

    4，添加节点到哈希桶中

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/**
 * hlist_add_head
 * @n: the element to add to the hash list.
 * @h: the list to add to.
 */
static    inline    void    hlist_add_head(struct hlist_node *n,struct hlist_head *h)
{
    struct hlist_node    *first = h->first;
    n->next        = first;

    if (first)
        first->pprev    = &n->next;

    h->first     = n;
    n->pprev    = &h->first;
}

    
        

    5，把节点插入到指定节点前面

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/* next must be != NULL */
/* n：要添加的新的节点。
 * next：在next节点之前添加n。
 * 在next节点的前面添加一个新的节点n，在使用这个函数中要特别注意，next不能为NULL。
 */
static    inline    void    hlist_add_before(struct hlist_node *n,
                        struct hlist_node *next)
{
    n->pprev    = next->pprev;
    n->next        = next;
    next->pprev    = &n->next;
    *(n->pprev)    = n;
}

    


    6，把节点插入到指定节点之后

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/* next must be != NULL */
/* n：要添加的新的节点。
 * next：表示在next节点之后添加n。
 * 在next 节点的后面添加一个新的节点n，这里也要求next不能为NULL
 */
static inline void hlist_add_after(struct hlist_node *n,
                    struct hlist_node *next)
{
    n->next = next->next;
    next->next = n;
    n->pprev = &next->next;

    if(n->next)
        n->next->pprev = &n->next;
}

    

    7，删除节点 

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/* n：要删除的节点。
 * 对于删除操作的话，要注意n是不是末尾节点，如果是末尾节点的话，next就是NULL?
 * 所以就没有指向的pprev，就更不能进行相应的修改了，否则进行修改。
 */
static inline void __hlist_del(struct hlist_node *n)
{
    struct hlist_node *next = n->next;
    struct hlist_node **pprev = n->pprev;
    *pprev = next;
    if (next)
        next->pprev = pprev;
}


/* n：要删除的节点。
 * 在这个函数中首先删除了n节点，之后将n节点的两个指针指向了LIST_POSION，表示不可使用的地方
 */
static inline void hlist_del(struct hlist_node *n)
{
    __hlist_del(n);
    n->next     = LIST_POISON1;
    n->pprev    = LIST_POISON2;
}

    8，判断节点是否在哈希桶中

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/*
 * 判断一个结点是否已经存在于hash桶中
 * 判断h->prev是不是为空，如果pprev的指向是空的话，表示这个节点没有添加到这个链表当中来，
 * 如果是空，返回true，否则返回false
 */
static inline int hlist_unhashed(const struct hlist_node *h)
{
    return !h->pprev;
}

    9，判断哈希桶是否为空

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// 判断一个hash桶是否为空
/* h：struct hlist_head节点指针（hlist链表的头节点）。
 * 判断hlist链表是不是空链表，如果是，返回true，否则返回false。
 */
static inline int hlist_empty(const struct hlist_head *h)
{
    return !h->first;
}

    10，遍历

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/* ptr：表示struct hlist_node类型的一个地址。
 * type：结构体名
 * member：type结构体中的hlist_node成员变量的名称
 * 表示得到ptr所指地址的这个结构体的首地址
 */

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


/* pos：struct hlist_node类型的一个指针；
 * head：struct hlist_head类型的一个指针，表示hlist链表的头结点。
 * 这个实际上就是一个for循环，从头到尾遍历链表。
 */
#define hlist_for_each(pos, head) \
    for (pos = (head)->first; pos != NULL ; 1; }); \
     pos = pos->next)


/* 这个实际上就是一个for循环，从头到尾遍历链表。这个和前面的不同的是多了一个n，
 * 这么做是为了遍历过程中防止断链的发生。删除时用这个。
 * pos：struct hlist_node类型的一个指针；
 * n：struct hlist_node类型的一个指针；
 * head：struct hlist_head类型的一个指针，表示hlist链表的头结点。
 */
#define hlist_for_each_safe(pos, n, head) \
    for (pos = (head)->first; pos && ({ n = pos->next; 1; }); \
     pos = n)



/* tops：用来存放遍历到的数据结构的地址，类型是type *；
 * pos：struct hlist_node类型的一个指针；
 * head：hlist链表的头结点；
 * member：struct hlist_node在type结构体中的变量的名称。
 * 在循环中，我们就可以使用tops来指向type类型结构体的任何一个变量了。
 */
/**
 * hlist_for_each_entry    - iterate over list of given type
 * @tpos:    the type * to use as a loop cursor.
 * @pos:    the &struct hlist_node to use as a loop cursor.
 * @head:    the head for your list.
 * @member:    the name of the hlist_node within the struct.
 */
#define hlist_for_each_entry(tpos, pos, head, member)             \
    for (pos = (head)->first;                     \
     (pos != NULL) &&             \
        ({ tpos = hlist_entry(pos, typeof(*tpos), member); 1;}); \
     pos = pos->next)



/* tops：用来存放遍历到的数据结构的地址，类型是type *；
 * pos：struct hlist_node类型的一个指针；
 * n：struct hlist_node类型的一个指针；
 * head：hlist链表的头结点；
 * member：struct hlist_node在type结构体中的变量的名称。
 * 在循环中，我们就可以使用tops来指向type
 * 类型结构体的任何一个变量了。这个宏函数也是为了防止在遍历的时候删除节点而引入的。
 */
/**
 * hlist_for_each_entry_safe - iterate over list of given type safe against
removal of list entry
 * @tpos:    the type * to use as a loop cursor.
 * @pos:    the &struct hlist_node to use as a loop cursor.
 * @n:        another &struct hlist_node to use as temporary storage
 * @head:    the head for your list.
 * @member:    the name of the hlist_node within the struct.
 */
#define hlist_for_each_entry_safe(tpos, pos, n, head, memsber)          \
    for (pos = (head)->first;                     \
     pos && ({ n = pos->next; 1; }) &&                  \
        ({ tpos = hlist_entry(pos, typeof(*tpos), member); 1;}); \
     pos = n)

三，实例

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/*
 * hlist begin
 */

#define        CMD_HASH_HEAD_SIZE        27

typedef    struct _cmd_hash_head
{
    struct     hlist_head        head;        // 哈希桶的首地址
    int8_t                    ch;            // 哈希桶的关键字(a~z,?，总共27个)
    int8_t                    offset;        // 这个哈希桶在整个哈希表中的偏移
    int16_t                    count;        // 当前哈希桶中节点的个数
}cmd_hash_head_t;

typedef    struct    _cmd_hash_node
{
    struct    hlist_node        node;
    int8_t                    name[20];
}cmd_hash_node_t;

static    cmd_hash_head_t        cmd_hash[CMD_HASH_HEAD_SIZE];

static    void    cmd_hash_init(void)
{
    int32_t        index = 0;

    memset(cmd_hash,0,sizeof(cmd_hash));

    for(index = 0; index < (CMD_HASH_HEAD_SIZE - 1); index++)
    {
        INIT_HLIST_HEAD(&cmd_hash[index].head);
        cmd_hash[index].count    = 0;
        cmd_hash[index].offset    = index;
        cmd_hash[index].ch        = 'a' + index;
    }

    index = CMD_HASH_HEAD_SIZE - 1;
    INIT_HLIST_HEAD(&cmd_hash[index].head);
    cmd_hash[index].count    = 0;
    cmd_hash[index].offset    = index;
    cmd_hash[index].ch        = '?';
}

static    void    cmd_hash_show(void)
{
    int32_t        index = 0;

    for (index = 0; index < (CMD_HASH_HEAD_SIZE - 1); index++)
        printf("hash%d,head : %p,count : %d,offset : %d,ch : %c\n",index,
                cmd_hash[index].head,cmd_hash[index].count,cmd_hash[index].offset,cmd_hash[index].ch);

    index = CMD_HASH_HEAD_SIZE - 1;
    printf("hash%d,head : %p,count : %d,offset : %d,ch : %c\n",index,
            cmd_hash[index].head,cmd_hash[index].count,cmd_hash[index].offset,cmd_hash[index].ch);
}


static    void    to_lower(int8_t    *str)
{
    int32_t        len     = 0;
    int32_t        index     = 0;

    if (str == NULL)    return;
    len     = strlen((char*)str);

    for (index = 0; index < len; index++)
    {
        str[index] = tolower(str[index]);
    }
}

static    int8_t    node_type(int8_t    *name)
{
    int8_t    ch         = 0x00;
    int8_t    offset     = 0;
    if (name == NULL)    return -1;

    ch    = name[0];
    switch(ch)
    {
        case 'a':
        case 'b':
        case 'c':
        case 'd':
        case 'e':
        case 'f':
        case 'g':
        case 'h':
        case 'i':
        case 'j':
        case 'k':
        case 'l':
        case 'm':
        case 'n':
        case 'o':
        case 'p':
        case 'q':
        case 'r':
        case 's':
        case 't':
        case 'u':
        case 'v':
        case 'w':
        case 'x':
        case 'y':
        case 'z':
            offset = ch - 'a' + 0;
            break;

        default :
            offset = 26;
            break;
    }

    return offset;
}


//static    cmd_hash_node_t ptr_buffer[100];
static    void    hash_node_init(int8_t    *name)
{
    int8_t        offset = 0;

    cmd_hash_node_t *node_ptr = (cmd_hash_node_t*)calloc(1,sizeof(cmd_hash_node_t));


    offset = node_type(name);

    if(offset < 0)    return;

    strlcpy(node_ptr->name, name, strlen((char*)name));
    INIT_HLIST_NODE(&node_ptr->node);
    hlist_add_head(&node_ptr->node,&cmd_hash[offset].head);
    cmd_hash[offset].count++;
}


static    void    cmd_hash_node_init(void)
{
    hash_node_init((int8_t*)"hello");
    hash_node_init((int8_t*)"help");
    hash_node_init((int8_t*)"scan");
    hash_node_init((int8_t*)"???");
}

static    void    cmd_hash_node_show(void)
{
    int32_t        index = 0;
    int16_t        count = 0;

    cmd_hash_node_t    *entry = NULL;
    struct hlist_node *ptr = NULL;

    printf("display\n");

    for (index = 0; index < CMD_HASH_HEAD_SIZE; index++)
    {
        count = cmd_hash[index].count;
        if (count > 0)
        {
            printf("hash%d,head : %p,count : %d,offset : %d,ch : %c\n",index,
                cmd_hash[index].head,cmd_hash[index].count,cmd_hash[index].offset,cmd_hash[index].ch);

            hlist_for_each_entry(entry,ptr, &cmd_hash[index].head, node)
            {
                printf("    name : %s\n",entry->name);
            }
        }
    }
}


static    void    test_hlist_oper(void)
{
    cmd_hash_init();
    cmd_hash_show();
    cmd_hash_node_init();
    cmd_hash_show();
    cmd_hash_node_show();
}


static    void    test_hlist(void)
{
    test_hlist_oper();
}

/*
 * hlist end
 */

    结果：