linux list详解
在linux内核中list的使用很频繁，使用管理对象，下面来详细说明其用法。
1链表结构定义
首先看链表的定义，位于：include\linux\types.h
1 struct list_head { 2 struct list_head *next, *prev; 3 };
一般将该数据结构嵌入到其他的数据结构中，从而使得内核可以通过链表的方式管理新的数据结构，比如struct device中：
1 struct device { 2 struct device *parent; 3 4 struct device_private *p; 5 6 struct kobject kobj; 7 ... 8 struct list_head devres_head;//嵌入的链表 9 10 struct klist_node knode_class; 11 struct class *class; 12 const struct attribute_group **groups; /* optional groups */ 13 14 void (*release)(struct device *dev); 15 struct iommu_group *iommu_group; 16 }
2 链表的定义和初始化
有两种方式来定义和初始化链表头：
（1）利用宏LIST_HEAD
（2）利用宏LIST_HEAD_INIT
例如定义链表mylist：
方法1：定义并初始化链表
LIST_HEAD(mylist);
方法2：先定义再初始化链表
struct list_head mylist; // 定义一个链表
INIT_LIST_HEAD(&mylist); // 用INIT_LIST_HEAD函数初始化链表。
看宏LIST_HEAD就知道就是用宏INIT_LIST_HEAD
#define LIST_HEAD(name) \ struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)
再看宏INIT_LIST_HEAD的定义：
#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }
定义的mylist链表，宏展开就是
struct list_head mylist = { &(mylist), &(mylist) };
链表list_head结构只有两个成员：next和prev。next和prev都被赋值为链表mylist的地址，也就是说，链表初始化后next和prev都是指向自己的。
对于struct device 中嵌入的list成员devres_head的初始化如下这样：
struct device mydevice; INIT_LIST_HEAD(&mydevice.list); //该函数简单地将list成员的prev和next指针指向自己。
所以链表结点在初始化时，就是将prev和next指向自己。对链表的初始化非常重要，因为如果使用一个未被初始化的链表结点，很有可能会导致内核异常。
3 list的操作：
对链表常用的操作，一般就是添加、删除、遍历等。内核还会有其他的操作，比如替换、移动等，但这些的操作一般都是以添加、删除等操作为基础完成的。
3.1 链表的添加
添加有两种：
（1）list_add 将一个新链表结点插入到一个已知结点的后面；
（2）list_add_tail 将一个新链表结点插入到一个已知结点的前面
看他们的定义：
1 /** 2 * list_add - add a new entry 3 * @new: new entry to be added 4 * @head: list head to add it after 5 * 6 * Insert a new entry after the specified head. 7 * This is good for implementing stacks. 8 */ 9 static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head) 10 { 11 __list_add(new, head, head->next); 12 } 13 14 /** 15 * list_add_tail - add a new entry 16 * @new: new entry to be added 17 * @head: list head to add it before 18 * 19 * Insert a new entry before the specified head. 20 * This is useful for implementing queues. 21 */ 22 static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head) 23 { 24 __list_add(new, head->prev, head); 25 }
上面链表添加的两种方式是以不同的参数调用_list_add，看_list_add的定义
1 static inline void __list_add(struct list_head *new, 2 struct list_head *prev, 3 struct list_head *next) 4 { 5 next->prev = new; 6 new->next = next; 7 new->prev = prev; 8 prev->next = new; 9 }
_list_add函数将new结点插入到prev结点和next之间。
（1） list_add函数中以new、head、head->next为参数调用__list_add，将new结点插入到head和head->next之间，即是把new结点插入到已知结点head的后面。
（2）list_add_tail函数则以new、head->prev、head为参数调用__list_add，将new结点插入到head->prev和head之间，即是把new结点插入到已知结点head的前面。
3.2 链表的删除
删除也是有两种方式：
（1）list_del 删除链表中的一个结点。
（2）list_del_init 删除链表中的一个结点，并初始化被删除的结点（使被删除的结点的prev和next都指向自己）；
分别看它们的定义：
1 static inline void list_del(struct list_head *entry) 2 { 3 __list_del(entry->prev, entry->next); 4 entry->next = LIST_POISON1; 5 entry->prev = LIST_POISON2; 6 } 7 8 /** 9 * list_del_init - deletes entry from list and reinitialize it. 10 * @entry: the element to delete from the list. 11 */ 12 static inline void list_del_init(struct list_head *entry) 13 { 14 __list_del_entry(entry); 15 INIT_LIST_HEAD(entry); 16 }
_list_del_entry
1 static inline void __list_del_entry(struct list_head *entry) 2 { 3 __list_del(entry->prev, entry->next); 4 }
所以两者都是调用了_list_del，让prev结点和next结点互相指向。
1 /* 2 * Delete a list entry by making the prev/next entries 3 * point to each other. 4 * 5 * This is only for internal list manipulation where we know 6 * the prev/next entries already! 7 */ 8 static inline void __list_del(struct list_head * prev, struct list_head * next) 9 { 10 next->prev = prev; 11 prev->next = next; 12 }
（1）list_del 函数中以entry->prev和entry->next为参数调用__list_del函数，使得entry结点的前、后结点绕过entry直接互相指向，然后将entry结点的前后指针指向LIST_POISON1和LIST_POISON2，从而完成对entry结点的删除。此函数中的LIST_POISON1和LIST_POISON2是内核的处理定义如下。一般删除entry后，应该让entry的prev和next指向NULL的。
1 /* 2 * These are non-NULL pointers that will result in page faults 3 * under normal circumstances, used to verify that nobody uses 4 * non-initialized list entries. 5 */ 6 #define LIST_POISON1 ((void *) 0x00100100 + POISON_POINTER_DELTA) 7 #define LIST_POISON2 ((void *) 0x00200200 + POISON_POINTER_DELTA)
（2）list_del_init 函数将entry结点删除后，与_list_del不同的是：还会对entry结点初始化，使entry结点的prev和next都指向其自己。
4 链表在内核中的应用
list_for_each_entry
首先看定义，位于：include\linux\list.h
1 /** 2 * list_for_each_entry - iterate over list of given type 3 * @pos: the type * to use as a loop cursor. 4 * @head: the head for your list. 5 * @member: the name of the list_struct within the struct. 6 */ 7 #define list_for_each_entry(pos, head, member) \ 8 for (pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member); \ 9 &pos->member != (head); \ 10 pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member))
实际上是一个 for 循环，用传入的 pos 作为循环变量，从表头 head 开始，逐项向后（next 方向）移动 pos，一直到回到head.。
（1）变量的初始化：pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member)，每次pos拿到的都是链表中一个成员，注意这个成员实际上是一个结构体
（2）执行条件 &pos->member != (head)，确定拿到的成员不是head，是head的话，表示list已遍历完。
（3）每循环一次执行 pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member))，是pos指定链表中下一个成员，注意其实际上还是结构体
以上中用到typeof()，它是取变量的类型，这里是取指针pos所指向数据的类型。
4.1 看宏list_entry的定义：
1 /** 2 * list_entry - get the struct for this entry 3 * @ptr: the &struct list_head pointer. 4 * @type: the type of the struct this is embedded in. 5 * @member: the name of the list_struct within the struct. 6 */ 7 #define list_entry(ptr, type, member) \ 8 container_of(ptr, type, member)
4.2 调用了container_of。
1 /** 2 * container_of - cast a member of a structure out to the containing structure 3 * @ptr: the pointer to the member. 4 * @type: the type of the container struct this is embedded in. 5 * @member: the name of the member within the struct. 6 * 7 */ 8 #define container_of(ptr, type, member) ({ \ 9 const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); \ 10 (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
container_of是根据一个结构体变量中的一个成员变量指针ptr，来获取指向这个结构体变量type的指针。member是结构体type中成员ptr的变量名。下面分解一步一步分析：
4.2.1 先分析第一句：const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);
（1）(type *)0) 将0强转为一个地址，这个地址(0x0000)指向的是类型type的数据，就是指向结构体。当然，这只是个技巧，并不是真的在地址0x0000存放了数据。
（2）((type *)0)->member ：‘->’是指针指取结构体成员的操作。指针就是刚才通过0强转的地址，即结构体指针。相当于地址0x0000 是结构体类型type的首地址，通过->’取其中的成员变量member。
（3）typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr)：拿到了member成员的类型，然后定义一个指针变量__mptr，指向的类型就是结构体成员member的类型，初始化值为ptr。
4.2.2 再分析第二句：(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );
（1）offsetof(type,member) ： 定义如下：
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
((TYPE *)0) ：将整型常量0强制转换为TYPE型的指针，即结构体类型。且这个指针指向的地址为0，也就是将地址0开始的一块存储空间映射为TYPE型的对象。
((TYPE *)0)->MEMBER ：指向结构体中MEMBER成员。
&((TYPE *)0)->MEMBER)：对结构体中MEMBER成员进行取址，而整个TYPE结构体的首地址是0，这里获得的地址就是MEMBER成员在TYPE中的相对偏移量。
(size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER：最后将这个偏移量强制转换成size_t型数据也就是无符号整型。
所以offsetof的作用就是求出结构体成员变量member在结构体中的偏移量。
（2）(char *)__mptr - offsetof(type,member)：member类型的指针减去member在结构体中的偏移量，就是结构体的起始位置，即指向结构体。
至此综上所述，list_entry 也就是container_of的作用就是：根据结构体中的成员变量和此变量的指针，拿到结构体的指针。
4.3 再回到list_for_each_entry
1 #define list_for_each_entry(pos, head, member) \ 2 for (pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member); \//链表中的成员也是结构体，根据结构体成员head->next获取此链表成员 3 &pos->member != (head); \ //确认此时拿到的链表成员不是链表的头成员 4 pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member))//获取链表中下一个成员结构体
list_for_each_entry在内核中的应用也很常见，通常用于遍历某一个链表。
