【Linux高级编译】list.h的高效应用—双向链表的实现-linux高级程序设计pdf

Linux内核中，有许许多多的精妙设计，比如在内核代码中，运用到了大量的【链表】这种数据结构，而在Linux内核中，针对如此多的链表要进行操作，他们分别是如何定义和管理的呢？本文将给你展示，Linux内核中list.h的高效应用。

在上一篇文章中，我们已经介绍过了lish.h在 单向链表 中的应用，本文乘胜追击，再次介绍一下lish.h在 双向链表 中的应用。

通过本文的阅读，你将了解到以下内容：

list.h的全貌（上篇文章已经介绍过了）如何使用list.h创建双向链表并实现链表的基本操作？

如何使用list.h创建双向链表并实现链表的基本操作？

单向链表与双向链表的最大区别就是：双向链表可以同时从表头和表尾操作，即【双向】。我们将上面单向链表的实现代码，稍微改改，配合list.h提供的接口，即可实现双向链表的基本操作。示例代码如下：

复制/****************************************************************** 本文件借助linux_list.h实现【双向链表】的基本操作： 创建、添加、查找、修改、删除、销毁、打印等 ******************************************************************/ #include #include #include #include #include “linux_list.h” /** 查找链表的方向 */ #define LIST_FROM_HEAD_TO_TAIL 1 #define LIST_FROM_TAIL_TO_HEAD 0 /** 链表节点中存储的实际内容 */ typedef struct _data_node_t { int index; char msg[128]; } node_data_t; /** 链表节点的对外数据类型定义 */ typedef struct _my_list_node_t { node_data_t data; struct list_head list; } my_list_node_t ; /** 定义链表的表头 */ static my_list_node_t g_list_head; /** 定义链表当前的节点个数 */ static int g_list_node_cnt = 0; /** 链表创建 */ int my_list_create(void) { INIT_LIST_HEAD(&g_list_head.list); return 0; } /** 链表增加节点到链表尾部 */ int my_list_add_tail_node(const node_data_t *data) { my_list_node_t *node; node = (my_list_node_t *)malloc(sizeof(my_list_node_t)); if (!node) { printf(“memory error !\n”); return -1; } node->data.index = data->index; snprintf(node->data.msg, sizeof(node->data.msg), “%s”, data->msg); list_add_tail(&node->list, &g_list_head.list); g_list_node_cnt ++; return 0; } /** 链表增加节点到链表头部 */ int my_list_add_head_node(const node_data_t *data) { my_list_node_t *node; node = (my_list_node_t *)malloc(sizeof(my_list_node_t)); if (!node) { printf(“memory error !\n”); return -1; } node->data.index = data->index; snprintf(node->data.msg, sizeof(node->data.msg), “%s”, data->msg); list_add(&node->list, &g_list_head.list); g_list_node_cnt ++; return 0; } /** 链表查找节点(从头往尾查找) */ my_list_node_t * my_list_query_node_from_head(const node_data_t *data) { struct list_head *pos,*n; my_list_node_t *p; list_for_each_safe(pos, n, &g_list_head.list) { p = list_entry(pos, my_list_node_t, list); if((p->data.index == data->index) && (!strcmp((char*)p->data.msg, data->msg))) { //printf(“found index=%d, msg=%s\n”, data->index, data->msg); return p; } } return NULL; } /** 链表查找节点(从尾往头查找) */ my_list_node_t * my_list_query_node_from_tail(const node_data_t *data) { struct list_head *pos,*n; my_list_node_t *p; list_for_each_prev_safe(pos, n, &g_list_head.list) { p = list_entry(pos, my_list_node_t, list); if((p->data.index == data->index) && (!strcmp((char*)p->data.msg, data->msg))) { //printf(“found index=%d, msg=%s\n”, data->index, data->msg); return p; } } return NULL; } /** 链表查找节点(dir, 为1表示从头往尾查找, 为0表示从尾往头查找) */ my_list_node_t * my_list_query_node(const node_data_t *data, int dir) { if (dir) { return my_list_query_node_from_head(data); } else { return my_list_query_node_from_tail(data); } } /** 链表将一个节点的内容进行修改 */ int my_list_modify_node(const node_data_t *old_data, const node_data_t *new_data) { my_list_node_t *p = my_list_query_node(old_data, LIST_FROM_HEAD_TO_TAIL); if (p) { p->data.index = new_data->index; snprintf(p->data.msg, sizeof(p->data.msg), “%s”, new_data->msg); return 0; } else { printf(“Node index=%d, msg=%s, not found !\n”, old_data->index, old_data->msg); return -1; } } /** 链表删除一个节点 */ int my_list_delete_node(const node_data_t *data) { my_list_node_t *p = my_list_query_node(data, LIST_FROM_HEAD_TO_TAIL); //默认从头部开始查找节点 if (p) { struct list_head *pos = &p->list; list_del(pos); free(p); g_list_node_cnt –; return 0; } else { printf(“Node index=%d, msg=%s, not found !\n”, data->index, data->msg); return -1; } } /** 链表删除所有节点 */ int my_list_delete_all_node(void) { struct list_head *pos,*n; my_list_node_t *p; list_for_each_safe(pos, n, &g_list_head.list) { p = list_entry(pos, my_list_node_t, list); list_del(pos); free(p); } g_list_node_cnt = 0; return 0; } /** 链表销毁 */ int my_list_destory(void) { /** do nothing here ! */ return 0; } /** 链表内容打印 */ int my_list_print(int print_index) { int i = 1; struct list_head * pos,*n; my_list_node_t * node; printf(“==================== %d ===========================\n”, print_index); printf(“cur list data : g_list_node_cnt = %d \n”, g_list_node_cnt); list_for_each_safe(pos, n, &g_list_head.list) //调用linux_list.h中的list_for_each函数进行遍历 { node = list_entry(pos, my_list_node_t, list); //调用list_entry函数得到相对应的节点 printf(“Node %2ds : index=%-3d, msg=%-20s\n”, i++, node->data.index, node->data.msg); } printf(“==================================================\n”); return 0; } int main(int argc, const char *argv[]) { int retval = -1; my_list_node_t *p; const node_data_t data1 = {1, “a1bcde”}; const node_data_t data2 = {2, “ab2cde”}; const node_data_t data3 = {3, “abc3de”}; const node_data_t data4 = {4, “abcd4e”}; const node_data_t data5 = {5, “abcde5”}; const node_data_t data6 = {6, “abcde5666”}; // 定义一个不添加到链表的节点信息 const node_data_t data7 = {7, “abcde5777”}; // 定义一个被修改的节点信息 const node_data_t data8 = {8, “abcde5888”}; // 定义一个修改后的节点信息 /** 创建一个空链表 */ retval = my_list_create(); if (!retval) { printf(“list create ok !!!\n”); } printf(“\n\n\n”); /** 往链表的尾部添加6个节点 */ retval = my_list_add_head_node(&data1); if (!retval) { printf(“node1 add ok !\n”); } retval = my_list_add_tail_node(&data2); if (!retval) { printf(“node2 add ok !\n”); } retval = my_list_add_head_node(&data3); if (!retval) { printf(“node3 add ok !\n”); } retval = my_list_add_tail_node(&data4); if (!retval) { printf(“node4 add ok !\n”); } retval = my_list_add_head_node(&data5); if (!retval) { printf(“node5 add ok !\n”); } retval = my_list_add_tail_node(&data7); if (!retval) { printf(“node7 add ok !\n”); } printf(“\n\n\n”); /** 分别查询刚刚添加的前5个节点 */ p = my_list_query_node(&data1, LIST_FROM_HEAD_TO_TAIL); if (p) { printf(“node %d,%s, found !!!\n”, data1.index, data1.msg); } p = my_list_query_node(&data2, LIST_FROM_TAIL_TO_HEAD); if (p) { printf(“node %d,%s, found !!!\n”, data2.index, data2.msg); } p = my_list_query_node(&data3, LIST_FROM_HEAD_TO_TAIL); if (p) { printf(“node %d,%s, found !!!\n”, data3.index, data3.msg); } p = my_list_query_node(&data4, LIST_FROM_TAIL_TO_HEAD); if (p) { printf(“node %d,%s, found !!!\n”, data4.index, data4.msg); } p = my_list_query_node(&data5, LIST_FROM_HEAD_TO_TAIL); if (p) { printf(“node %d,%s, found !!!\n”, data5.index, data5.msg); } /** 查询一个没有添加到链表中的节点，即不存在的节点 */ p = my_list_query_node(&data6, LIST_FROM_HEAD_TO_TAIL); if (!p) { printf(“node %d,%s, found fail !!!\n”, data6.index, data6.msg); } p = my_list_query_node(&data6, LIST_FROM_TAIL_TO_HEAD); if (!p) { printf(“node %d,%s, found fail !!!\n”, data6.index, data6.msg); } /** 打印当前链表的节点信息 */ printf(“\n\n\n”); my_list_print(1); printf(“\n\n\n”); /** 将data7的信息修改为data8的内容 */ retval = my_list_modify_node(&data7, &data8); if (!retval) { printf(“node %d,%s => %d,%s, modify ok !!!\n”, data7.index, data7.msg, data8.index, data8.msg); } else { printf(“node %d,%s => %d,%s, modify fail !!!\n”, data7.index, data7.msg, data8.index, data8.msg); } /** 查询刚刚被修改了的节点data7，即不存在的节点 */ p = my_list_query_node(&data7, LIST_FROM_HEAD_TO_TAIL); if (!p) { printf(“node %d,%s, found fail !!!\n”, data7.index, data7.msg); } /** 查询刚刚被修改后的节点data8，即存在的节点 */ p = my_list_query_node(&data8, LIST_FROM_TAIL_TO_HEAD); if (p) { printf(“node %d,%s, found ok !!!\n”, data8.index, data8.msg); } /** 打印当前链表的节点信息 */ printf(“\n\n\n”); my_list_print(2); printf(“\n\n\n”); /** 删除一个存在于链表中的节点 */ retval = my_list_delete_node(&data4); if (!retval) { printf(“node %d,%s, delete ok !!!\n”, data4.index, data4.msg); } printf(“\n\n\n”); /** 再次查询刚刚已删除的节点 */ p = my_list_query_node(&data4, LIST_FROM_HEAD_TO_TAIL); if (p) { printf(“node %d,%s, found ok !!!\n”, data4.index, data4.msg); } else { printf(“node %d,%s, found fail !!!\n”, data4.index, data4.msg); } printf(“\n\n\n”); /** 删除一个不存在于链表中的节点 */ retval = my_list_delete_node(&data6); if (retval) { printf(“node %d,%s, delete fail !!!\n”, data6.index, data6.msg); } /** 打印当前链表的节点信息 */ printf(“\n\n\n”); my_list_print(3); printf(“\n\n\n”); /** 删除链表的所有节点 */ retval = my_list_delete_all_node(); if (!retval) { printf(“all list notes delete done !\n”); } /** 打印当前链表的节点信息 */ printf(“\n\n\n”); my_list_print(4); printf(“\n\n\n”); /** 销毁链表 */ retval = my_list_destory(); if (!retval) { printf(“list destory done !\n”); } /** 打印当前链表的节点信息 */ printf(“\n\n\n”); my_list_print(5); printf(“\n\n\n”); return retval; }

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-BAOzFCxb-1662955522821)(data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAPABAP///wAAACH5BAEKAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)]

在main函数中，我们使用了与单向链表一样的测试案例，运行结果如下：

复制root@liluchang-ubuntu:/share/llc/linux_list# ./linux_double_list list create ok !!! node1 add ok ! node2 add ok ! node3 add ok ! node4 add ok ! node5 add ok ! node7 add ok ! node 1,a1bcde, found !!! node 2,ab2cde, found !!! node 3,abc3de, found !!! node 4,abcd4e, found !!! node 5,abcde5, found !!! node 6,abcde5666, found fail !!! node 6,abcde5666, found fail !!! ==================== 1 =========================== cur list data : g_list_node_cnt = 6 Node 1s : index=5 , msg=abcde5 Node 2s : index=3 , msg=abc3de Node 3s : index=1 , msg=a1bcde Node 4s : index=2 , msg=ab2cde Node 5s : index=4 , msg=abcd4e Node 6s : index=7 , msg=abcde5777 ================================================== node 7,abcde5777 => 8,abcde5888, modify ok !!! node 7,abcde5777, found fail !!! node 8,abcde5888, found ok !!! ==================== 2 =========================== cur list data : g_list_node_cnt = 6 Node 1s : index=5 , msg=abcde5 Node 2s : index=3 , msg=abc3de Node 3s : index=1 , msg=a1bcde Node 4s : index=2 , msg=ab2cde Node 5s : index=4 , msg=abcd4e Node 6s : index=8 , msg=abcde5888 ================================================== node 4,abcd4e, delete ok !!! node 4,abcd4e, found fail !!! Node index=6, msg=abcde5666, not found ! node 6,abcde5666, delete fail !!! ==================== 3 =========================== cur list data : g_list_node_cnt = 5 Node 1s : index=5 , msg=abcde5 Node 2s : index=3 , msg=abc3de Node 3s : index=1 , msg=a1bcde Node 4s : index=2 , msg=ab2cde Node 5s : index=8 , msg=abcde5888 ================================================== all list notes delete done ! ==================== 4 =========================== cur list data : g_list_node_cnt = 0 ================================================== list destory done ! ==================== 5 =========================== cur list data : g_list_node_cnt = 0 ==================================================

对比运行的结果，发现与单向链表的测试结果一致，证明2者的实现功能是一致。

那么在实际项目过程中，究竟使用单向链表还是双向链表呢？这就要根据具体的项目需求，灵活使用，不同的应用场景使用不同的链表实现，也许能达到事半功倍的效果。

好了，本次关于Linux内核的list.h的应用，就介绍到这里，如果有疑问，欢迎在评论席提出。感谢您的阅读。