linux内核链表,内核链表详解，内核链表封装

文章目录

- 常规链表的缺陷
- Linux内核链表的原理
- 查看内核链表
- 构建节点
- 初始化链表
- //插入节点
- //遍历链表

常规链表的缺陷

传统的双向循环链表概念简单，操作方便，但存在有致命的缺陷，用一句话来概括就是：

每一条链表都是特殊的，不具有通用性。换句话说，对于每一种不同的数据，所构建出来的

传统链表都是跟这些数据相关的，所有的链表操作函数也都是数据相关的，换一种数据节点，

则所有的操作函数都需要一一重写编写，这种缺陷对于一个具有成千上万种数据节点的工程

来说是灾难性的，是不可接受的

Linux内核链表的原理

（1）把传统链表中的“链”抽象出来，使之成为一条只包含前后指针的纯粹的双循环链表，这样的链表由于不含有特殊的数据，因此它实质上就是链表的抽象表示

（2）将链表寄宿与具体的数据节点之中，使他贯穿这些节点，可以借助一定的方式通过纯粹链表的指针域得到数据节点

既然 Linux 内核链表是一种统一的抽象的数据结构实现，那么在 Linux 源码中就有专门的已经写好的代码，实现了内核链表的初始化、插入、删除、遍历、移动等等，这些代码被保存在内核目录中的 inlucde/linux/list.h 中
查找 find / -name list.h

查看内核链表

//指针域部分，小结构体，用它来构建“纯粹链表”
struct list_head
{
	struct list_head *next, *prev;
};

构建节点

typedef int Datatype;

//双向循环链表节点
typedef struct Node 	//大结构体，结构体里面存放数据跟小结构体
{
	DataType data;			//数据域
	struct list_head list;	//小结构体，存放的是大结构体的前驱指针和后继指针
}LinkNode;

初始化链表

//节点结构体变量初始化
#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }

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

//节点结构体指针初始化
#define INIT_LIST_HEAD(ptr) do { 
	(ptr)->next = (ptr); (ptr)->prev = (ptr); 
} while (0)

//初始化空链表
LinkNode * InitLinkNode()
{
	LinkNode * head = (LinkNode *)malloc(sizeof(LinkNode));
	if(head!=NULL)
	{
		// head->list.next = head->list.prev = &(head->list);
		INIT_LIST_HEAD(&(head->list));
	}
	return head;
}


//新建节点
LinkNode * CreateNode(DataType data)
{
	LinkNode * new = (LinkNode *)malloc(sizeof(LinkNode));
	if(new!=NULL)
	{
		new->data = data;
		new->list.next = NULL;
		new->list.prev = NULL;
	}
	return new;
}

//插入节点

//将new节点插入到prev和next节点之间
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;
}

//将new节点插入到head节点后面
static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)
{
	__list_add(new, head, head->next);
}

//将new节点插入到head的前面
static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head)
{
	__list_add(new, head->prev, head);
}

//空链表判断
// static inline int list_empty(struct list_head *head)
// {
// 	return head->next == head;
// }
int InsertNodeHead(LinkNode *head,LinkNode *new)
{
	if(list_empty(&(new->list))||list_empty(&(new->list)))
	{
		return 0;
	}

	list_add(&(new->list),&(head->list));
	return 1;
}	

int InsertNodeTail(LinkNode *head,LinkNode *new)
{
	if(list_empty(&(new->list))||list_empty(&(new->list)))
	{
		return 0;
	}

	list_add_tail(&(new->list),&(head->list));
	return 1;
}

//遍历链表

#define list_for_each(pos, head)							//只适用遍历，不适用删除
#define list_for_each_prev(pos, head)						//只适用遍历，不适用删除
#define list_for_each_safe(pos, n, head)					//安全
#define list_for_each_entry(pos, head, member)			//只适用遍历，不适用删除
#define list_for_each_entry_safe(pos, n, head, member)		//安全

//遍历链表的for循环，每一次循环体内得到的就是一个小结构体指针
//从前往后遍历
// #define list_for_each(pos, head) 
// for (pos = (head)->next; pos != (head); 
// pos = pos->next)

// * 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.
// //小结构体指针ptr，大结构体类型type，小结构体在大结构体内部的成员名
// #define list_entry(ptr, type, member) 
// ((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member)))
    
void Display1(LinkNode *head)
{
	struct list_head *ptr=NULL;
	LinkNode *p=NULL;
	list_for_each(ptr,&(head->list))
	{
		p=list_entry(ptr,LinkNode,list);
		printf("%d ",p->data);
	}
	printf("n");

}

//从后往前遍历
//#define list_for_each_prev(pos, head) 
//for (pos = (head)->prev; pos != (head); 
//pos = pos->prev)

void Display2(LinkNode *head)
{
	struct list_head *ptr=NULL;
	LinkNode *p=NULL;
	list_for_each_prev(ptr,&(head->list))
	{
		p=list_entry(ptr,LinkNode,list);
		printf("%d ",p->data);
	}
	printf("n");
}

// //安全的遍历，防止在循环体中有对节点的删除操作，这样会导致下一次进入循环体出现段错误
// #define list_for_each_safe(pos, n, head) 
// for (pos = (head)->next, n = pos->next; pos != (head); 
// pos = n, n = pos->next)

void Display3(LinkNode *head)
{
	struct list_head *ptr=NULL;
	struct list_head *n=NULL;
	LinkNode *p=NULL;
	list_for_each_safe(ptr,n,&(head->list))
	{
		p=list_entry(ptr,LinkNode,list);
		printf("%d ",p->data);
	}
	printf("n");
}



//遍历过程中，得到大结构体指针:
//pos是遍历过程中的大结构体指针变量，
//head是小结构体链表头指针
//member小结构体在大结构体里面的成员名
// #define list_for_each_entry(pos, head, member)                
// for (pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member);    
// &pos->member != (head);                     
// pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member))

void Display4(LinkNode *head)
{
	LinkNode *ptr=NULL;
	list_for_each_entry(ptr,&(head->list),list)
	{
		printf("%d ",ptr->data);
	}
	printf("n");
}



// #define list_for_each_entry_safe(pos, n, head, member)            
// for (pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member),    
// n = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member);    
// &pos->member != (head);                     
// pos = n, n = list_entry(n->member.next, typeof(*n), member))

void Display5(LinkNode *head)
{
	LinkNode *ptr=NULL;
	LinkNode *n=NULL;
	list_for_each_entry_safe(ptr,n,&(head->list),list)
	{
		printf("%d ",ptr->data);
	}
	printf("n");
}

#include 
#include 
#include 
#include "list.h"

typedef int DataType;

//双向循环链表节点
typedef struct Node 	//大结构体，结构体里面存放数据跟小结构体
{
	DataType data;			//数据域
	struct list_head list;	//小结构体，存放的是大结构体的前驱指针和后继指针
}LinkNode;

// //节点结构体指针初始化
// #define INIT_LIST_HEAD(ptr) do { 
// 	(ptr)->next = (ptr); (ptr)->prev = (ptr); 
// } while (0)

LinkNode * InitLinkNode()
{
	LinkNode * head = (LinkNode *)malloc(sizeof(LinkNode));
	if(head!=NULL)
	{
		// head->list.next = head->list.prev = &(head->list);
		INIT_LIST_HEAD(&(head->list));
	}
	return head;
}

LinkNode * CreateNode(DataType data)
{
	LinkNode * new = (LinkNode *)malloc(sizeof(LinkNode));
	if(new!=NULL)
	{
		new->data = data;
		new->list.next = NULL;
		new->list.prev = NULL;
	}
	return new;
}

//空链表判断
// static inline int list_empty(struct list_head *head)
// {
// 	return head->next == head;
// }
int InsertNodeHead(LinkNode *head,LinkNode *new)
{
	if(list_empty(&(new->list))||list_empty(&(new->list)))
	{
		return 0;
	}

	list_add(&(new->list),&(head->list));
	return 1;
}	

int InsertNodeTail(LinkNode *head,LinkNode *new)
{
	if(list_empty(&(new->list))||list_empty(&(new->list)))
	{
		return 0;
	}

	list_add_tail(&(new->list),&(head->list));
	return 1;
}


// *
// * 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.

// //小结构体指针ptr，大结构体类型type，小结构体在大结构体内部的成员名
// #define list_entry(ptr, type, member) 
// ((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member)))
//(unsigned long)(&((type *)0)->member)) ----  data -- offset
//小结构体的地址-大结构体的地址

void Display1(LinkNode *head)
{
	struct list_head *ptr=NULL;
	LinkNode *p=NULL;
	list_for_each(ptr,&(head->list))
	{
		p=list_entry(ptr,LinkNode,list);
		printf("%d ",p->data);
	}
	printf("n");
}




//遍历链表的for循环，每一次循环体内得到的就是一个小结构体指针
// #define list_for_each(pos, head) 
// for (pos = (head)->next; pos != (head); 
// pos = pos->next)

void Display2(LinkNode *head)
{
	struct list_head *ptr=NULL;
	LinkNode *p=NULL;
	list_for_each_prev(ptr,&(head->list))
	{
		p=list_entry(ptr,LinkNode,list);
		printf("%d ",p->data);
	}
	printf("n");
}

// //安全的遍历，防止在循环体中有对节点的删除操作，这样会导致下一次进入循环体出现段错误
// #define list_for_each_safe(pos, n, head) 
// for (pos = (head)->next, n = pos->next; pos != (head); 
// pos = n, n = pos->next)

void Display3(LinkNode *head)
{
	struct list_head *ptr=NULL;
	struct list_head *n=NULL;
	LinkNode *p=NULL;
	list_for_each_safe(ptr,n,&(head->list))
	{
		p=list_entry(ptr,LinkNode,list);
		printf("%d ",p->data);
	}
	printf("n");
}



//遍历过程中，得到大结构体指针:
//pos是遍历过程中的大结构体指针变量，
//head是小结构体链表头指针
//member小结构体在大结构体里面的成员名
// #define list_for_each_entry(pos, head, member)                
// for (pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member);    
// &pos->member != (head);                     
// pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member))

void Display4(LinkNode *head)
{
	LinkNode *ptr=NULL;
	list_for_each_entry(ptr,&(head->list),list)
	{
		printf("%d ",ptr->data);
	}
	printf("n");
}



// #define list_for_each_entry_safe(pos, n, head, member)            
// for (pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member),    
// n = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member);    
// &pos->member != (head);                     
// pos = n, n = list_entry(n->member.next, typeof(*n), member))

void Display5(LinkNode *head)
{
	LinkNode *ptr=NULL;
	LinkNode *n=NULL;
	list_for_each_entry_safe(ptr,n,&(head->list),list)
	{
		printf("%d ",ptr->data);
	}
	printf("n");
}



//取出prev和next节点之间的结点
// static inline void __list_del(struct list_head *prev, struct list_head *next)
// {
// 	next->prev = prev;
// 	prev->next = next;
// }


//取出entry结点：让entry独立出来,前后指针域指向0地址
// static inline void list_del(struct list_head *entry)
// {
// 	__list_del(entry->prev, entry->next);
// 	entry->next = (void *) 0;
// 	entry->prev = (void *) 0;
// }

//删除节点
void DeleteNode(LinkNode *head,DataType data)
{
	struct list_head *ptr=NULL;
	struct list_head *n=NULL;
	LinkNode *p=NULL;
	list_for_each_safe(ptr,n,&(head->list))
	{
		p=list_entry(ptr,LinkNode,list);
		if(p->data == data)
		{
			list_del(&(p->list));
		}
	}

}
//删除节点
void DeleteNode1(LinkNode *head,DataType data)
{
	LinkNode *ptr=NULL;
	LinkNode *n=NULL;

	list_for_each_entry_safe(ptr,n,&(head->list),list)
	{
		if(ptr->data==data)
		{
			list_del(&(ptr->list));
		}
	}
}



//查找节点
LinkNode * FindNode(LinkNode *head,DataType data)
{
	LinkNode *ptr=NULL;
	LinkNode *n=NULL;
	list_for_each_entry_safe(ptr,n,&(head->list),list)
	{
		if(ptr->data==data)
		{
			return ptr;
		}
	}
}

//将list链表与head链表进行拼接
//拼接完的链表头是head
//比如：list: 1 2 3 4 5 6 7
//      head: 11 22 33 44
//      结果:head : 1 2 3 4 5 6 7 11 22 33 44
// static inline void __list_splice(struct list_head *list,
// 					struct list_head *head)
// {
// 	struct list_head *first = list->next;
// 	struct list_head *last = list->prev;
// 	struct list_head *at = head->next;

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

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


// static inline void list_splice(struct list_head *list, struct list_head *head)
// {
// if (!list_empty(list))
// __list_splice(list, head);
// }

//拼接链表
// list_splice(struct list_head *list, struct list_head *head)
// list_splice_init(struct list_head *list,struct list_head *head)

void LinkNodeCat(LinkNode *head,LinkNode *List1)
{
	list_splice(&(List1->list),&(head->list));
	// list_splice_init(&(List1->list),&(head->list));
}

void NodeMove(LinkNode *head,LinkNode *node)
{
	// list_move(&(node->list),&(head->list));
	list_move_tail(&(node->list),&(head->list));
}

// //移动节点
// list_move(struct list_head *list,struct list_head *head)
// list_move_tail(struct list_head *list,struct list_head *head)

//将list移动到head后面
// static inline void list_move(struct list_head *list,
// 				struct list_head *head)
// {
// 	__list_del(list->prev, list->next);
// 	list_add(list, head);
// }


//将list移动到head前面
// static inline void list_move_tail(struct list_head *list,
// 					struct list_head *head)
// {
// 	__list_del(list->prev, list->next);
// 	list_add_tail(list, head);
// }




int main(int argc, char const *argv[])
{
	int num=11;
	LinkNode *head=NULL;
	LinkNode *list1=NULL;

	head = InitLinkNode();
	list1 = InitLinkNode();

	for(int i=1;i<=num;i++)
		InsertNodeTail(head,CreateNode(i));
	
	for(int i=num+1;i 
list.h
 
#ifndef __DLIST_H
#define __DLIST_H





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

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

#define LIST_POISON1  ((void *) 0x00100100)
#define LIST_POISON2  ((void *) 0x00200)

//指针域部分，小结构体，用它来构建“纯粹链表”
struct list_head {
	struct list_head *next, *prev;
};

//节点结构体变量初始化
#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }

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

//节点结构体指针初始化
#define INIT_LIST_HEAD(ptr) do { 
	(ptr)->next = (ptr); (ptr)->prev = (ptr); 
} while (0)



//将new节点插入到prev和next节点之间
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;
}


//将new节点插入到head节点后面
static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)
{
	__list_add(new, head, head->next);
}


//将new节点插入到head的前面
static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head)
{
	__list_add(new, head->prev, head);
}


//取出prev和next节点之间的结点
static inline void __list_del(struct list_head *prev, struct list_head *next)
{
	next->prev = prev;
	prev->next = next;
}


//取出entry结点：让entry独立出来,前后指针域指向0地址
static inline void list_del(struct list_head *entry)
{
	__list_del(entry->prev, entry->next);
	entry->next = (void *) 0;
	entry->prev = (void *) 0;
}


//取出entry结点：让entry独立出来,前后指针域指向自己的地址
static inline void list_del_init(struct list_head *entry)
{
	__list_del(entry->prev, entry->next);
	INIT_LIST_HEAD(entry);
}


//将list移动到head后面
static inline void list_move(struct list_head *list,
				struct list_head *head)
{
	__list_del(list->prev, list->next);
	list_add(list, head);
}


//将list移动到head前面
static inline void list_move_tail(struct list_head *list,
					struct list_head *head)
{
	__list_del(list->prev, list->next);
	list_add_tail(list, head);
}


//空链表判断
static inline int list_empty(struct list_head *head)
{
	return head->next == head;
}

//将list链表与head链表进行拼接
//拼接完的链表头是head
//比如：list: 1 2 3 4 5 6 7
//      head: 11 22 33 44
//      结果:head : 1 2 3 4 5 6 7 11 22 33 44
static inline void __list_splice(struct list_head *list,
					struct list_head *head)
{
	struct list_head *first = list->next;
	struct list_head *last = list->prev;
	struct list_head *at = head->next;

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

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


static inline void list_splice(struct list_head *list, struct list_head *head)
{
if (!list_empty(list))
__list_splice(list, head);
}


static inline void list_splice_init(struct list_head *list,
struct list_head *head)
{
if (!list_empty(list)) {
__list_splice(list, head);
INIT_LIST_HEAD(list);
}
}


//小结构体指针ptr，大结构体类型type，小结构体在大结构体内部的成员名
#define list_entry(ptr, type, member) 
((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member)))



//遍历链表的for循环，每一次循环体内得到的就是一个小结构体指针
#define list_for_each(pos, head) 
for (pos = (head)->next; pos != (head); 
pos = pos->next)


//从后往前遍历
#define list_for_each_prev(pos, head) 
for (pos = (head)->prev; pos != (head); 
pos = pos->prev)


//安全的遍历，防止在循环体中有对节点的删除操作，这样会导致下一次进入循环体出现段错误
#define list_for_each_safe(pos, n, head) 
for (pos = (head)->next, n = pos->next; pos != (head); 
pos = n, n = pos->next)


//遍历过程中，得到大结构体指针:
//pos是遍历过程中的大结构体指针变量，
//head是小结构体链表头指针
//member小结构体在大结构体里面的成员名
#define list_for_each_entry(pos, head, member)                
for (pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member);    
&pos->member != (head);                     
pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member))


#define list_for_each_entry_safe(pos, n, head, member)            
for (pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member),    
n = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member);    
&pos->member != (head);                     
pos = n, n = list_entry(n->member.next, typeof(*n), member))

#endif

linux内核链表,内核链表详解，内核链表封装

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