Linux內核之數據結構--鏈表

前言

Linux內核實現了一下常用的內建數據結構，主要有：

• 鏈表
• 隊列
• 映射
• 二叉樹

今天詳細學習一下鏈表的知識，鏈表是一種存放和操作可變數量元素（常稱爲節點）的數據結構。Linux內核的標準鏈表就是採用環形雙向鏈表形式實現的。

鏈表數據結構

傳統的鏈表是將數據存放在鏈表節點中；而Linux內核的方式與衆不同，它的鏈表節點只有兩個指針（prev和next），鏈表節點保存在用戶數據結構中。
鏈表代碼在頭文件< linux/list.h>中聲明，數據結構很簡單：

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

next指針指向下一個鏈表節點，prev指向上一個鏈表節點。然後這個鏈表節點list_head一般保存在數據的結構體內：

struct fox
{
    unsigned long      tail_length；         //尾巴長度
    unsigned long      weight；              //重量
    bool               is_fantastic；        //狐狸是否奇妙？
    struct list_head   list；                //鏈表節點存放在此處
}

這樣在以後對鏈表的操作都是針對鏈表節點list_head進行的，然後根據list_head就可以找到其所在的數據結構，這是通過list_entry()函數實現的：

list_entry(ptr,type,member);
/*
ptr是指向list_head類型的鏈表的指針
type是數據的結構體，struct fox
member是數據結構體中的一個域，類型爲list_head
函數的作用就是根據結構的成員指針找到其所在結構體的指針。
*/

聲明和初始化一個鏈表

Linux提供了兩種方式初始化鏈表。
一種是使用LIST_HEAD()這個宏：

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

LIST_HEAD(fox_list);就是定義並初始化了名爲fox_list的鏈表，鏈表頭爲fox_list，其next、prev指針都指向自己。

另一種是先定義list_head指針變量，然後用INIT_LIST_HEAD()將其初始化爲鏈表：

struct fox *red_fox;
red_fox=kmalloc(sizeof(*red_fox),GFP_LERNEL);
red_fox->tail_length=40;
red_fox->weigth=6;
red_fox->is_fantastic=false;
INIT_LIST_HEAD(&red_fox->list);//注意參數爲指針

添加和刪除節點

向鏈表中添加一個節點：

list_add(struct list_head *new, struct list_head *head);
例：
list_head(&fox->list, &fox_list);
//fox是新建的數據結構體，fox_list是之前初始化的鏈表

把節點增加到鏈表尾：

list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head);

從鏈表中刪除一個節點：

list_del(struct list_head *list);
例：
list_del(&fox->list);

注意，該刪除操作並不會釋放list或包含list的結構體所長用的內存。僅僅是將其從鏈表中移除。
從鏈表中刪除一個節點並對其初始化：

list_del_init(struct list_head *list);

把節點從一個鏈表移動到另一個鏈表：

list_move(struct list_head *list, struct list_head *head);
//把list項從鏈表中移除，並添加到另一個鏈表的head節點後面

把節點從一個鏈表移動到另一個鏈表的末尾：

list_move_tail(struct list_head *list, struct list_head *head);

檢查鏈表是否爲空:

list_empty(struct list_head *head);

若鏈表爲空返回非0值，否則返回0。
合併兩個鏈表:

list_splice(struct list_head *list, struct list_head *head);
list_splice_init(struct list_head *list, struct list_head *head);
//合併後初始化原來的鏈表

將list指向的鏈表插入到指定的鏈表head節點後面。

遍歷鏈表

最簡單的方法就是使用list_for_each()宏遍歷鏈表，再通過list_entry()獲取完整數據結構體
例：

struct list_head *p;
struct fox *f;
list_for_each(p, &fox_list)
{
    f=list_entry(p, struct fox, list);
}

以上兩個函數可以合併爲一個：list_for_each_entry()

struct fox *f;
list_for_each_entry(f, &fox_list, list)
{
    //f就遍歷了所有的數據結構體；
}

反向遍歷鏈表：

list_for_each_entry_reverse(pos, head, member);

遍歷的同時安全刪除節點：

list_for_each_entry_safe(pos, next, head, member);