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主题:链表数据结构

   朋友介绍一个链表的结构,说是linux之父写的,我也没去考证。但我很惊叹这里的思想,令我大开眼界,粘出来跟大家分享、研究。
   记得我以前用链表的的时候,总要在结构里写next或prev,在调用时又要去配置这些next或prev,或是复制以前的代码。现在作者竟然把这种结构都抽像出来,不得不让人惊叹。现在使用这个结构,我就不再用考虑那些问题,而是直接使用,条理还很清析。
   这个结构包括堆栈、队列、双向链表(原本它就是用一个双向链表来实现的)。
   
   以下是结构的代码,它是开源的,大家放心使用。就一个头文件

[code=c]
//list.h
#ifndef _LINUX_LIST_H_
#define _LINUX_LIST_H_

#ifndef __inline__
#define __inline__
#endif

/*
 * Simple doubly linked list implementation.
 *
 * Some of the internal functions ("__xxx") are useful when
 * manipulating whole lists rather than single entries, as
 * sometimes we already know the next/prev entries and we can
 * generate better code by using them directly rather than
 * using the generic single-entry routines.
 */

struct list_head {
    struct list_head *next, *prev;
};

#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }

#define LIST_HEAD(name) \
    struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)

#define INIT_LIST_HEAD(ptr) do { \
    (ptr)->next = (ptr); (ptr)->prev = (ptr); \
} while (0)

/*
 * Insert a new entry between two known consecutive entries. 
 *
 * This is only for internal list manipulation where we know
 * the prev/next entries already!
 */
static __inline__ void __list_add(struct list_head * lh_new,
    struct list_head * prev,
    struct list_head * next)
{
    next->prev = lh_new;
    lh_new->next = next;
    lh_new->prev = prev;
    prev->next = lh_new;
}

/**
 * list_add - add a new entry
 * @new: new entry to be added
 * @head: list head to add it after
 *
 * Insert a new entry after the specified head.
 * This is good for implementing stacks.
 */
static __inline__ void list_add(struct list_head *lh_new, struct list_head *head)
{
    __list_add(lh_new, head, head->next);
}

/**
 * list_add_tail - add a new entry
 * @new: new entry to be added
 * @head: list head to add it before
 *
 * Insert a new entry before the specified head.
 * This is useful for implementing queues.
 */
static __inline__ void list_add_tail(struct list_head *lh_new, struct list_head *head)
{
    __list_add(lh_new, head->prev, head);
}

/*
 * Delete a list entry by making the prev/next entries
 * point to each other.
 *
 * This is only for internal list manipulation where we know
 * the prev/next entries already!
 */
static __inline__ void __list_del(struct list_head * prev,
                  struct list_head * next)
{
    next->prev = prev;
    prev->next = next;
}

/**
 * list_del - deletes entry from list.
 * @entry: the element to delete from the list.
 * Note: list_empty on entry does not return TRUE after this, the entry is in an undefined state.
 */
static __inline__ void list_del(struct list_head *entry)
{
    __list_del(entry->prev, entry->next);
    entry->next = entry->prev = 0;
}

/**
 * list_del_init - deletes entry from list and reinitialize it.
 * @entry: the element to delete from the list.
 */
static __inline__ void list_del_init(struct list_head *entry)
{
    __list_del(entry->prev, entry->next);
    INIT_LIST_HEAD(entry); 
}

/**
 * list_empty - tests whether a list is empty
 * @head: the list to test.
 */
static __inline__ int list_empty(struct list_head *head)
{
    return head->next == head;
}

/**
 * list_splice - join two lists
 * @list: the new list to add.
 * @head: the place to add it in the first list.
 */
static __inline__ void list_splice(struct list_head *list, struct list_head *head)
{
    struct list_head *first = list->next;

    if (first != list) {
        struct list_head *last = list->prev;
        struct list_head *at = head->next;

        first->prev = head;
        head->next = first;

        last->next = at;
        at->prev = last;
    }
}

/**
 * list_entry - get the struct for this entry
 * @ptr:    the &struct list_head pointer.
 * @type:    the type of the struct this is embedded in.
 * @member:    the name of the list_struct within the struct.
 */
#define list_entry(ptr, type, member) \
    ((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member)))

/**
 * list_for_each    -    iterate over a list
 * @pos:    the &struct list_head to use as a loop counter.
 * @head:    the head for your list.
 */
#define list_for_each(pos, head) \
    for (pos = (head)->next; pos != (head); \
            pos = pos->next)
            
/**
 * list_for_each_safe    -    iterate over a list safe against removal of list entry
 * @pos:    the &struct list_head to use as a loop counter.
 * @n:        another &struct list_head to use as temporary storage
 * @head:    the head for your list.
 */
#define list_for_each_safe(pos, n, head) \
    for (pos = (head)->next, n = pos->next; pos != (head); \
        pos = n, n = pos->next)


#endif  // _LINUX_LIST_H_[/code]


   用法在注释里都写得很清础了。以下是我的一个示例,有不足之处,大家随时提出,我也是在学习研究。


[code=c]
// main.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "list.h"

typedef struct _test_list
{
    int a;
    list_head head;
}test_list;

void print_list(list_head *head)
{
    list_head *ptr;
    test_list *l;

    list_for_each(ptr, head)
    {
        l = list_entry(ptr, test_list, head);
        printf("%d ", l->a);
    }
}

void drop_list(list_head *head)
{
    test_list *l = NULL;

    while (!list_empty(head))
    {
        l = list_entry(head->next, test_list, head);
        list_del(&l->head);
        free(l);
    }
}

void insert_stack(list_head *head, int n)
{
    test_list *l = (test_list*)malloc(sizeof(test_list));
    l->a = n;
    list_add(&l->head, head);
}

void insert_queue(list_head *head, int n)
{
    test_list *l = (test_list*)malloc(sizeof(test_list));
    l->a = n;
    list_add_tail(&l->head, head);
}

int main()
{
    list_head stacks_list;
    list_head queues_list;
    int i;

    INIT_LIST_HEAD(&stacks_list);
    INIT_LIST_HEAD(&queues_list);
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        insert_stack(&stacks_list, i);
        insert_queue(&queues_list, i);
    }

    printf("stack is:\n");
    print_list(&stacks_list);
    printf("\nqueue is:\n");
    print_list(&queues_list);
    printf("\n");

    system("pause");
    drop_list(&stacks_list);
    drop_list(&queues_list);
    return 0;
}[/code]

回复列表 (共15个回复)

沙发

由于初学C 看了很久 不过终于看懂了  谢谢楼主  顶一个

板凳

谢谢分享,顶一下!

3 楼

学习了~ 谢谢分享

4 楼

学习。。。。拜读大作啊,真是醍醐灌顶

5 楼

谢谢分享!
有几个地方看不明白希望大家能指点下,谢谢.
#define list_entry(ptr, type, member) \
    ((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member)))
上面这语句要怎么理解?(最好能讲细点,这东西我最头晕[em3])

list_for_each(pos, head)与list_for_each_safe(pos, n, head)我怎么看是实现一样的效果,n在这里的操作似乎有点多此一举?

6 楼

#define list_entry(ptr, type, member) \
    ((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member)))
我们来一步一步的分析:
   第一步:((type *)0)意思就是把0内存当作type指针来调用。
   第二步:(unsigned long)(&((type *)0)->member)就是取0指针实例里一项的地址。
   第三步:((char *)(ptr) 最ptr的地址。
   第四步:拿第三步的地址 - 第二步的地址。最后的结果是什么呢?我们举个例子:

 我们有一个结构:
   struct test
   {
       int a;
       int b;
   };
现在创建一个这个结构的指针:test *ptr1;     //假设它的内存际址是  addr1
那么我们像上面一样来调用: ((test*)0)内存中一开始的值当作(test*)指针来使用,那么现在就只用到0~sizeof(test)就是0~8长度的内存。
第二步:(unsigned long)(&((test*)0)->b) 的值是多少? 明显是 0 + sizeof(int) = 4
第三步:就是addr1
第四步:(char*)(&(ptr1)->b)就是取ptr1->b的地址,现在假设为addr2

因为一个结构在内存中是连续存放的,所以全用字节为单位来对每一个指针时,地址ptr1其它也是ptr1->a的地址,地址ptr1 加上4单位字节所指向的地址就是ptr1->b的地址。所以最后,我们就可以得到这个的等式 addr1 + 4 = addr2

这样就可以这样来理解上面的宏了:实例结构里某一项的地址,减去该项的偏移量,结果就是该实例的地址。





list_for_each(pos, head)与list_for_each_safe(pos, n, head)我怎么看是实现一样的效果,n在这里的操作似乎有点多此一举?

list_for_each_safe是在删除所有结点时用的,我的例子没用到,不好意思。
我在这里用它提供的循环来删除所有结点。

void drop_list(list_head *head)
{
    list_head *pos, *n;
    test_list *l = NULL;

    list_for_each_safe(pos, n, head)
    {
        l = list_entry(pos, test_list, head);
        free(l);
    }
}

这里,如果你只是用list_for_each来删除的话,free掉了l,那么pos的值就不确定了,再pos = pos->next就是出错。这里的删除所有的结点时有一个好处就是不用操作list_del。


我也是在学习,有说的不对的地方,望高手指点改正,谢谢!

7 楼

C语言里有一个叫offsetof的宏
它的实现跟list_entry差不多
你可以去网上找一下它的说明
对list_entry有一定的帮助

8 楼

a = (type*)0 由0构造一个结构指针.
offset = &(a)->member, member的地址,注意a = 0所以member的地址其实也是member在结构体内的偏移.
p = (char *)(ptr)-(unsigned long)(offset) ptr减去它自己在结构体内的偏移,即是结构体的首地址.

for_each中 pos = pos->next.问题是如果pos->next被修改了,比如pos从链表中删除了.
 pos = pos->next还能得到正确的结果吗?
用n保存pos->next即可达成这一目的.

9 楼


谢谢楼上二位,,学习了[em4]

10 楼

学习了,谢谢...

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