Linux内核中的双向循环链表学习
写在前面：很久没写博客了，因为上一个月要期末考试，所以也就没什么时间去学习其他东西了。现在好了，暑假可以静下心来留在实验室好好搞技术。下面的内容是之前学习过的，现在把它整理出来，就当作是一个总结吧。
一、概述
Linux内核中大量使用了链表这个基本数据结构，因此有必要去窥探一下其“葫芦里卖的是什么药”。先来些基本知识点吧：
1.数据元素间是一对一关系；
2.链表中的元素个数是有限的；
3.同一表中各数据元素的类型和长度相同。
二、实现
先上代码，有个感性的认识，后面再解释。
1 #include<stdio.h> 2 #include<malloc.h> 3 4 //链表头结构 5 struct list_head 6 { 7 struct list_head *next,*prev; 8 }; 9 10 //#define LIST_HEAD_INIT(name) {&(name),&(name)} 11 //#define LIST_HEAD(name) struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name) 12 13 //链表头初始化 14 void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list) 15 { 16 list->next = list; 17 list->prev = list; 18 } 19 20 //真正实现链表插入操作 21 void _list_add(struct list_head *nnew,struct list_head *prev,struct list_head *next) 22 { 23 next->prev = nnew; 24 nnew->next = next; 25 nnew->prev = prev; 26 prev->next = nnew; 27 } 28 29 //向链表插入一个节点 30 void list_add(struct list_head *nnew,struct list_head *head) 31 { 32 _list_add(nnew,head,head->next); 33 } 34 35 36 #define list_for_each(pos,head) \ 37 for(pos = (head)->next;pos != (head);pos = pos->next) 38 39 #define list_for_each_safe(pos,n,head) \ 40 for(pos = (head)->next,n = pos->next;pos != (head);pos = n,n = pos->next) 41 42 //根据节点中的一个成员在节点中的偏移量找到节点的起始地址 43 #define list_entry(ptr,type,member) \ 44 ((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member))) 45 46 //真正实现链表删除操作 47 void _list_del(struct list_head *prev,struct list_head *next) 48 { 49 next->prev = prev; 50 prev->next = next; 51 } 52 53 //删除链表中的一个节点 54 void list_del(struct list_head *entry) 55 { 56 _list_del(entry->prev,entry->next); 57 entry->next = NULL; 58 entry->prev = NULL; 59 } 60 61 //////////////////////////////////////////////////// 62 63 //默认链表长度 64 #define N 10 65 66 //定义节点的数据结构 67 struct numlist 68 { 69 int num;//数据域 70 struct list_head list;//指针域 71 }; 72 73 //定义链表头节点 74 struct numlist numhead; 75 76 77 int main() 78 { 79 80 struct numlist *listnode; 81 struct list_head *pos; 82 struct numlist *p; 83 struct list_head *t; 84 int i; 85 86 //初始化链表头节点 87 INIT_LIST_HEAD(&numhead.list); 88 89 for(i=0;i<N;i++) 90 { 91 //为新节点分配内存 92 listnode = (struct numlist *)malloc(sizeof(struct numlist)); 93 //为节点数据域赋值 94 listnode->num = i; 95 //将该节点插入到链表中 96 list_add(&listnode->list,&numhead.list); 97 printf("Node %d has been added to doublelist\n",i); 98 } 99 100 printf("\n\n\n\n"); 101 102 //遍历链表 103 list_for_each(pos,&numhead.list) 104 { 105 i--; 106 //找出一个节点 107 p = list_entry(pos,struct numlist,list); 108 printf("Node %d's data: %d\n",i,p->num); 109 } 110 111 list_for_each_safe(pos,t,&numhead.list) 112 { 113 //删除节点 114 list_del(pos); 115 p = list_entry(pos,struct numlist,list); 116 //释放节点的内存 117 free(p); 118 } 119 120 return 0; 121 }
第87行，初始化头节点，让其list成员的两个指针域都指向头节点本身，如图1所示：
图1 初始化后的头节点
第89~98行，向该链表插入N（等于10）个节点。分析list_add()函数可知，每次插入新节点的位置是介于头节点和头节点的下一个节点之间，并且可以知道这是一个双向循环链表，如图2所示：
图2 插入节点后的链表
第103~109行，遍历整个链表，遍历过程是从头节点的下一个节点开始，直到当前节点等于头结点为终止遍历条件，每遍历到一个节点就有其成员的的值打印出来。第43~44行，这两句的作用是根据节点的其中一个成员得到该节点的起始地址，从而可以访问该节点的其他成员，在Linux中有一个专门的函数container_of()来实现这个功能。第111~118行，遍历整个链表，每遍历到一个节点就先把该节点用临时变量保存起来，然后将该节点的内存收回，从而实现删除操作。
运行结果：
总结一下：上面的程序实现了一个双向循环链表，有插入，遍历和删除操作，只要加以修改就可以实现更多功能和更复杂的操作。
