初识内核链表

今天药忘吃喽~ 2022-08-24 00:45 186阅读 0赞

前面我们说过如何用C实现通用类型的链表，比如void\*的指针，零长数组等。可是小菜鸟毕竟赶不上大师，还是Linux内核巧妙啊，这里面的链表，才是链表中的“奇葩”。

源码的路径是include/linux/list.h

我们先找几个简单的读一读吧。

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

这个是在include/linux/types.h中定义的。虽然名字叫list\_head,让人感觉是头节点，其实这就是通用的节点，和头一点关系都没有。你也许会奇怪，怎么没有数据域？是的，就是没有数据域。那数据怎么办？后面你就知道了，这个节点是内嵌在用户数据中的。

static inline void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list)
    {
    	list->next = list;
    	list->prev = list;
    }

节点的初始化函数，自己指向自己。

#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }
    
    #define LIST_HEAD(name) \
    	struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)

定义头结点并且初始化。

static inline void __list_add(struct list_head *new,
    			      struct list_head *prev,
    			      struct list_head *next)
    {
    	next->prev = new;
    	new->next = next;
    	new->prev = prev;
    	prev->next = new;
    }

在两个节点中间插入一个新节点。

static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)
    {
    	__list_add(new, head, head->next);
    }

假如head是头结点的话，这个就是头插了。

static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head)
    {
    	__list_add(new, head->prev, head);
    }

head->prev就是最后一个节点了，这个节点的后面那个就是head,所以这个函数是尾插。

static inline void __list_del(struct list_head * prev, struct list_head * next)
    {
    	next->prev = prev;
    	prev->next = next;
    }

删除掉一个节点（必须知道这个节点的前驱和后继）

static inline void list_del(struct list_head *entry)
    {
    	__list_del(entry->prev, entry->next);
    	
    }

删除某个节点。

static inline int list_empty(struct list_head *head)
    {
    	return head->next == head;
    }

判断链表是不是为空，这里的head是头结点。

/**
     * list_for_each	-	iterate over a list
     * @pos:	the &struct list_head to use as a loop cursor.
     * @head:	the head for your list.
     */
    #define list_for_each(pos, head) \
    	for (pos = (head)->next; pos != (head); pos = pos->next)

这是遍历。

/**
     * list_for_each_safe - iterate over a list safe against removal of list entry
     * @pos:	the &struct list_head to use as a loop cursor.
     * @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)

安全遍历，看注释就明白，这个在遍历的过程中删除节点也是可以用的，因为当前节点的下一个已经保存了哦。

/**
     * 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) \
    	container_of(ptr, type, member)

关于container\_of宏，我在另一篇博文中已经解释了，这里不再赘述。其实这个宏就是给container\_of换了个马甲，叫

list\_entry, ptr是指向list\_head 的指针（简称小指针），type是结构体的类型，比如struct XXXX, member 是list\_head 在结构体里的名字。最后就得到了指向struct XXXX的指针（简称大指针）。我们把这个宏叫做“小指针转大指针”。

/**
     * list_first_entry - get the first element from a list
     * @ptr:	the list head to take the element from.
     * @type:	the type of the struct this is embedded in.
     * @member:	the name of the list_struct within the struct.
     *
     * Note, that list is expected to be not empty.
     */
    #define list_first_entry(ptr, type, member) \
    	list_entry((ptr)->next, type, member)

ptr在这里表示头指针，这个宏得到了第一个结构体的地址（大指针）。

/**
     * list_next_entry - get the next element in list
     * @pos:	the type * to cursor
     * @member:	the name of the list_struct within the struct.
     */
    #define list_next_entry(pos, member) \
    	list_entry((pos)->member.next, typeof(*(pos)), member)

pos在这里是一个结构体的指针（大指针），这个宏得到了下一个结构体的地址。

/**
     * list_for_each_entry	-	iterate over list of given type
     * @pos:	the type * to use as a loop cursor.
     * @head:	the head for your list.
     * @member:	the name of the list_struct within the struct.
     */
    #define list_for_each_entry(pos, head, member)				\
    	for (pos = list_first_entry(head, typeof(*pos), member);	\
    	     &pos->member != (head);					\
    	     pos = list_next_entry(pos, member))

遍历链表中的每个大指针。

pos：大指针，head:头结点，member:list\_head 在结构体中的名字

基本的就说到这里，下面我们写个例子。

#include <stdio.h>
    #include "list.h"
    
    
    struct person {
    	char name[12];
    	struct list_head list;
    	char sex;
    	unsigned char age;
    };
    
    
    int main()
    {
    	struct person persons[] = {
    		{"Marry", NULL,NULL,'f',20},
    		{"Mike",NULL,NULL,'m',23},
    		{"Leslie",NULL,NULL,'m', 36},
    		{"Ann",NULL,NULL,'f',27}
    	};
    
    	LIST_HEAD(head);//头结点
    
    	int i;
    	for (i = 0; i < sizeof(persons)/sizeof(persons[0]); ++i) {
    		list_add(&persons[i].list, &head);
    	}
    	
    	struct list_head *cur = NULL;
    	struct person *pdata = NULL;
    
    	list_for_each(cur, &head) {
    		pdata = container_of(cur, struct person, list);
    		printf("%s:%d\n", pdata->name, pdata->age);
    	}
    
    
    	printf("list_for_each_entry\n");	
    	list_for_each_entry(pdata, &head, list) {
    		printf("%s:%d\n", pdata->name, pdata->age);
    	}
    
    	
    	
    	return 0;
    }

运行结果：

Ann:27

Leslie:36

Mike:23

Marry:20

list\_for\_each\_entry

Ann:27

Leslie:36

Mike:23

Marry:20

（完）