Linux内核中双向链表的经典实现

Linux中的两个经典宏定义

```1 #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
```

``` 1 #include <stdio.h>
2 // 获得结构体(TYPE)的变量成员(MEMBER)在此结构体中的偏移量。
3 #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
4 struct student
5 {
6     char gender;
7     int id;
8     int age;
9     char name[20];
10 };
11
12 void main()
13 {
14     int gender_offset, id_offset, age_offset, name_offset;
15     gender_offset = offsetof(struct student, gender);
16     id_offset = offsetof(struct student, id);
17     age_offset = offsetof(struct student, age);
18     name_offset = offsetof(struct student, name);
19     printf("gender_offset = %d\n", gender_offset);
20     printf("id_offset = %d\n", id_offset);
21     printf("age_offset = %d\n", age_offset);
22     printf("name_offset = %d\n", name_offset);
23 }
```

```1 gender_offset = 0
2 id_offset = 4
3 age_offset = 8
4 name_offset = 12
```

TYPE是结构体，它代表"整体"；而MEMBER是成员，它是整体中的某一部分。 将offsetof看作一个数学问题来看待，问题就相当简单了：已知'整体'和该整体中'某一个部分'，而计算该部分在整体中的偏移 2.container_of 2.1 container_of介绍 定义：container_of在linux内核的include/linux/kernel.h中定义。

```1 #define container_of(ptr, type, member) ({          \
2     const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);    \
3     (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
```

``` 1 #include <stdio.h>
2 #include <string.h>
3 // 获得结构体(TYPE)的变量成员(MEMBER)在此结构体中的偏移量。
4 #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
5 // 根据"结构体(type)变量"中的"域成员变量(member)的指针(ptr)"来获取指向整个结构体变量的指针
6 #define container_of(ptr, type, member) ({          \
7     const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);    \
8     (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
9 struct student
10 {
11     char gender;
12     int id;
13     int age;
14     char name[20];
15 };
16
17 void main()
18 {
19     struct student stu;
20     struct student *pstu;
21     stu.gender = '1';
22     stu.id = 9527;
23     stu.age = 24;
24     strcpy(stu.name, "zhouxingxing");
25     // 根据"id地址" 获取 "结构体的地址"。
26     pstu = container_of(&stu.id, struct student, id);
27     // 根据获取到的结构体student的地址，访问其它成员
28     printf("gender= %c\n", pstu->gender);
29     printf("age= %d\n", pstu->age);
30     printf("name= %s\n", pstu->name);
31 }
```

```1 gender= 1
2 age= 24
3 name= zhouxingxing
```

2.3 container_of图解

type是结构体，它代表"整体"；而member是成员，它是整体中的某一部分，而且member的地址是已知的。 将offsetof看作一个数学问题来看待，问题就相当简单了：已知'整体'和该整体中'某一个部分'，要根据该部分的地址，计算出整体的地址。

Linux中双向链表的经典实现

1.Linux中双向链表介绍 Linux双向链表的定义主要涉及到两个文件： include/linux/types.h include/linux/list.h Linux中双向链表的使用思想 它是将双向链表节点嵌套在其它的结构体中；在遍历链表的时候，根据双链表节点的指针获取"它所在结构体的指针"，从而再获取数据。 我举个例子来说明，可能比较容易理解。假设存在一个社区中有很多人，每个人都有姓名和年龄。通过双向链表将人进行关联的模型图如下：

```1 struct person
2 {
3     int age;
4     char name[20];
6 };
```

2.Linux中双向链表的源码分析 (01). 节点定义

```1 struct list_head {
3 };
```

```1 #define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }
5 {
6     list->next = list;
7     list->prev = list;
8 }
```

``` 1 static inline void __list_add(struct list_head *new,
4 {
5     next->prev = new;
6     new->next = next;
7     new->prev = prev;
8     prev->next = new;
9 }
10
12 {
14 }
15
17 {
19 }
```

``` 1 static inline void __list_del(struct list_head * prev, struct list_head * next)
2 {
3     next->prev = prev;
4     prev->next = next;
5 }
6
7 static inline void list_del(struct list_head *entry)
8 {
9     __list_del(entry->prev, entry->next);
10 }
11
12 static inline void __list_del_entry(struct list_head *entry)
13 {
14     __list_del(entry->prev, entry->next);
15 }
16
17 static inline void list_del_init(struct list_head *entry)
18 {
19     __list_del_entry(entry);
21 }
```

__list_del(prev, next) 和__list_del_entry(entry)都是linux内核的内部接口。 __list_del(prev, next) 的作用是从双链表中删除prev和next之间的节点。 __list_del_entry(entry) 的作用是从双链表中删除entry节点。

list_del(entry) 和 list_del_init(entry)是linux内核的对外接口。 list_del(entry) 的作用是从双链表中删除entry节点。 list_del_init(entry) 的作用是从双链表中删除entry节点，并将entry节点的前继节点和后继节点都指向entry本身。 (05). 替换节点

```1 static inline void list_replace(struct list_head *old,
3 {
4     new->next = old->next;
5     new->next->prev = new;
6     new->prev = old->prev;
7     new->prev->next = new;
8 }
```

list_replace(old, new)的作用是用new节点替换old节点。 (06). 判断双链表是否为空

```1 static inline int list_empty(const struct list_head *head)
2 {
4 }
```

```1 #define list_entry(ptr, type, member) \
2     container_of(ptr, type, member)
```

list_entry(ptr, type, member) 实际上是调用的container_of宏。 它的作用是：根据"结构体(type)变量"中的"域成员变量(member)的指针(ptr)"来获取指向整个结构体变量的指针。 (08). 遍历节点

```1 #define list_for_each(pos, head) \
3
4 #define list_for_each_safe(pos, n, head) \
5     for (pos = (head)->next, n = pos->next; pos != (head); \
6         pos = n, n = pos->next)
```

``` 1 #ifndef _LIST_HEAD_H
3 // 双向链表节点
6 };
7
8 // 初始化节点：设置name节点的前继节点和后继节点都是指向name本身。
9 #define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }
10 // 定义表头(节点)：新建双向链表表头name，并设置name的前继节点和后继节点都是指向name本身。
13 // 初始化节点：将list节点的前继节点和后继节点都是指向list本身。
15 {
16     list->next = list;
17     list->prev = list;
18 }
19
20 // 添加节点：将new插入到prev和next之间。
24 {
25     next->prev = new;
26     new->next = next;
27     new->prev = prev;
28     prev->next = new;
29 }
30
33 {
35 }
36
39 {
41 }
42
43 // 从双链表中删除entry节点。
44 static inline void __list_del(struct list_head * prev, struct list_head * next)
45 {
46     next->prev = prev;
47     prev->next = next;
48 }
49
50 // 从双链表中删除entry节点。
51 static inline void list_del(struct list_head *entry)
52 {
53     __list_del(entry->prev, entry->next);
54 }
55
56 // 从双链表中删除entry节点。
57 static inline void __list_del_entry(struct list_head *entry)
58 {
59     __list_del(entry->prev, entry->next);
60 }
61
62 // 从双链表中删除entry节点，并将entry节点的前继节点和后继节点都指向entry本身。
63 static inline void list_del_init(struct list_head *entry)
64 {
65     __list_del_entry(entry);
67 }
68
69 // 用new节点取代old节点
70 static inline void list_replace(struct list_head *old,
72 {
73     new->next = old->next;
74     new->next->prev = new;
75     new->prev = old->prev;
76     new->prev->next = new;
77 }
78
79 // 双链表是否为空
81 {
83 }
84 // 获取"MEMBER成员"在"结构体TYPE"中的位置偏移
85 #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
86 // 根据"结构体(type)变量"中的"域成员变量(member)的指针(ptr)"来获取指向整个结构体变量的指针
87 #define container_of(ptr, type, member) ({          \
88     const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);    \
89     (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
90 // 遍历双向链表
93 #define list_for_each_safe(pos, n, head) \
94     for (pos = (head)->next, n = pos->next; pos != (head); \
95         pos = n, n = pos->next)
96 #define list_entry(ptr, type, member) \
97     container_of(ptr, type, member)
98 #endif
```

``` 1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <string.h>
4 #include "list.h"
5 struct person
6 {
7     int age;
8     char name[20];
10 };
11
12 void main(int argc, char* argv[])
13 {
14     struct person *pperson;
17     int i;
18     // 初始化双链表的表头
20     // 添加节点
21     for (i=0; i<5; i++)
22     {
23         pperson = (struct person*)malloc(sizeof(struct person));
24         pperson->age = (i+1)*10;
25         sprintf(pperson->name, "%d", i+1);
26         // 将节点链接到链表的末尾
29     }
30
31     // 遍历链表
32     printf("==== 1st iterator d-link ====\n");
34     {
35         pperson = list_entry(pos, struct person, list);
36         printf("name:%-2s, age:%d\n", pperson->name, pperson->age);
37     }
38
39     // 删除节点age为20的节点
40     printf("==== delete node(age:20) ====\n");
42     {
43         pperson = list_entry(pos, struct person, list);
44         if(pperson->age == 20)
45         {
46             list_del_init(pos);
47             free(pperson);
48         }
49     }
50
51     // 再次遍历链表
52     printf("==== 2nd iterator d-link ====\n");
54     {
55         pperson = list_entry(pos, struct person, list);
56         printf("name:%-2s, age:%d\n", pperson->name, pperson->age);
57     }
58
59     // 释放资源
61     {
62         pperson = list_entry(pos, struct person, list);
63         list_del_init(pos);
64         free(pperson);
65     }
66 }
```

``` 1 ==== 1st iterator d-link ====
2 name:1 , age:10
3 name:2 , age:20
4 name:3 , age:30
5 name:4 , age:40
6 name:5 , age:50
7 ==== delete node(age:20) ====
8 ==== 2nd iterator d-link ====
9 name:1 , age:10
10 name:3 , age:30
11 name:4 , age:40
12 name:5 , age:50```

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