Linux双向链表相关API的使用及事例Demo

2024-03-25 23:20
文章标签 linux 使用 链表 双向 api 相关 demo 事例

本文主要是介绍Linux双向链表相关API的使用及事例Demo，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一、相关宏函数功能的使用与介绍
1、offset

定义：offsetof的定义在linux内核include/linux/stddef.h中。
宏功能：获取结构体（TYPE）的成员变量（MEMBER）在此结构体中的偏移量

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
宏功能：获取结构体（TYPE）的成员变量（MEMBER）在此结构体中的偏移量
宏解析：
1、((TYPE *)0) 将0强转为TYPE类型的指针，即TYPE类型的指针的地址为0。
2、((TYPE *)0)->MEMBER 访问结构体中的成员变量MEMBER
3、&((TYPE *)0)->MEMBER 获取成员变量MEMBER的地址，由于TYPE的地址是0，这里获取的地址就是MEMBER在TYPE中的偏移。
4、((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER) 结果转换类型，对于32位系统，size_t是unsigned int类型；对于64位系统，size_t是unsigned long类型
2、container_of

定义：container_of的定义在linux内核include/linux/kernel.h中
宏功能：根据结构体(TYPE)的成员变量(MEMBER)的指针(ptr)来获取整个结构体的指针。

#define container_of(ptr, type, member) ({			\const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);	\(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
宏功能：根据结构体(TYPE)的成员变量(MEMBER)的指针(ptr)来获取整个结构体的指针。
宏解析：
1、typeof( ((type *)0)->member ) 获取member成员变量的类型。
2、const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr) 定义与member类型相同的指针__mptr,并将ptr赋值给__mptr。
3、(char *)__mptr 将__mptr转化为字节型指针。
4、offsetof(type,member) 获取member在结构体中的偏移量。
5、(char *)__mptr - offsetof(type,member) 用__mptr的地址来减去member在结构体中的偏移量，即可获取结构体的首地址。
6、(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) ) 将结构体指针转化为type类型。
3、LIST_HEAD（header）

宏功能：创建一个链表头

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)
4、list_for_each_entry_safe

作用：list_for_each_entry_safe 是 Linux 内核中用于遍历双向链表的宏，它提供了一种安全的方式来遍历链表，即在遍历过程中可以安全地删除链表节点。这个宏特别有用，因为在遍历链表时直接删除节点可能会导致迭代器失效，从而引发错误。
使用方式：

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>
#include <linux/list.h>  list_for_each_entry_safe(pos, n, head, member)
pos：当前遍历到的节点指针的变量。
n：下一个节点指针的临时变量，用于在删除当前节点后继续遍历。
head：链表的头指针。
member：链表中节点结构体中 list_head 类型的成员名。
在遍历过程中，如果需要删除当前节点，可以使用 list_del 宏，然后安全地继续遍历，因为 n 保存了下一个节点的地址。

API内部的实现：

#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))
list_for_each_entry_safe,用指针n来对下一个结构体进行临时存储，如果删除链表中的当前项，使用list_for_each_entry_safe可以安全的删除，不会影响遍历过程。
5、list_del

作用：list_del 通常是用于从链表中删除一个指定节点的函数。这个函数会处理节点的前后指针，确保链表在删除节点后仍然保持正确的结构。在 Linux 内核或类似的环境中，list_del 函数对于管理链表数据结构是非常有用的。

使用方式：

void list_del(struct list_head *entry);

API的内部实现：

static inline void list_del(struct list_head *entry)
{__list_del(entry->prev, entry->next);entry->next = NULL;entry->prev = NULL;
}
static inline void __list_del(struct list_head * prev, struct list_head * next)
{next->prev = prev;prev->next = next;
}
6、插入相关API
6.1、 list_add–在表头插入

作用：list_add 是一个在 Linux 内核中常用的链表操作函数，用于将一个新元素添加到链表的头部。这个函数将新元素插入到链表的开始位置，并更新链表中的节点指针。
list_add的使用

void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head);

API的内部实现：

static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head) // new：要添加的新的链表的首地址，head：链表的中的位置
{__list_add(new, head, head->next);
}static INLINE void __list_add(struct list_head *newptr,struct list_head *prev,struct list_head *next)
{next->prev = newptr;newptr->next = next;newptr->prev = prev;prev->next = newptr;
}
6.2、 list_add_tail–在表尾插入

作用：list_add_tail 是一个常用于 Linux 内核链表操作的函数，它用于将一个新元素添加到链表的尾部。与 list_add 函数不同，list_add_tail 将新元素插入到链表的末尾，而不是头部。

void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head);
new 是指向要插入的新节点的指针。
head 是指向链表头节点的指针。

API的内部实现：

static inline void list_add_tail(struct list_head *n, struct list_head *head)
{__list_add(n, head->prev, head);
}
static INLINE void __list_add(struct list_head *newptr,struct list_head *prev,struct list_head *next)
{next->prev = newptr;newptr->next = next;newptr->prev = prev;prev->next = newptr;
}
7、LIST_HEAD_INIT

作用：LIST_HEAD_INIT 是 Linux 内核中用于初始化双向循环链表的宏。这个宏会创建一个静态的链表头，并初始化它，使得链表一开始就是空的。使用 LIST_HEAD_INIT 可以避免在运行时调用 INIT_LIST_HEAD 函数进行初始化，因为它在编译时就已经完成了初始化。
API的内部实现

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

作用：list_empty是一个常用于检查链表是否为空的函数。它可以帮助我们判断链表中是否有数据，是检测链表是否为空的基本要素。如果链表为空，返回true（或整数值1）；否则，返回false（或整数值0）。

API的内部实现

static inline int list_empty(const struct list_head *head)
{return head->next == head;
}
二、事例Demo

用双向链表相关API实现对数据增删改查的功能。

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>
#include <linux/list.h>  // 定义链表节点结构体  
typedef struct{  int data;  int sn;struct list_head list;  
}my_list_node;  static struct list_head my_list_head;
static mutex_t gMutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;  // 对 gJT1078_PlayHead 进行操作时，需要加锁
static pthread_cond_t gCond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;void addNode(const my_list_node *newData) 
{  if(NULL == my_list_head.next){printf("it is not init\n");return ;}bool isExist = false;my_list_node *node = NULL, *tmp = NULL;my_list_node *new_node = (my_list_node *)malloc(sizeof(my_list_node),);  if (!new_node) {  printf("malloc failed");return;  }  pthread_mutex_lock(&gMutex); //加上线程锁，防止资源竞争list_for_each_entry_safe(node,tmp,&my_list_head,list){if(node->sn== newData->sn){isExist = true;//该组数据存在不添加到链表}}if(!isExist){new_node->data = newData->data;  list_add_tail(&new_node->list, &my_list_head); pthread_cond_signal(&gCond); //告知有新的任务，唤醒线程 }pthread_mutex_unlock(&gMutex);if(new_node) //申请的堆空间及时释放{free(new_node);new_node = NULL;}
}void delNode(const my_list_node *delNodeData) 
{if(NULL == my_list_head.next){printf("it is not init\n");return ;}my_list_node *node = NULL, *tmp = NULL;pthread_mutex_lock(&gMutex);list_for_each_entry_safe(node,tmp,&my_list_head,list){if(delNodeData->sn == node->sn){list_del(&node->list);  free(node);}}pthread_mutex_unlock(&gMutex);
}void updateNode(const my_list_node *updtaNodeData) 
{if(NULL == my_list_head.next){printf("it is not init\n");return ;}my_list_node *node = NULL, *tmp = NULL;pthread_mutex_lock(&gMutex);list_for_each_entry_safe(node,tmp,&my_list_head,list){if(updtaNodeData->sn == node->sn){node->data = updtaNodeData->data;}}pthread_mutex_unlock(&gMutex);
}my_list_node *findNode(const my_list_node *findNodeData) 
{if(NULL == my_list_head.next){printf("it is not init\n");return ;}my_list_node *node = NULL, *tmp = NULL;pthread_mutex_lock(&gMutex);list_for_each_entry_safe(node,tmp,&my_list_head,list){if(findNodeData->sn == node->sn){return node;}}pthread_mutex_unlock(&gMutex);
}int main()
{int iRet= -1；my_list_head = LIST_HEAD_INIT(my_list_head);my_list_node *node = NULL, *tmp = NULL;while (1) {//等待数据pthread_mutex_lock(&gMutex);iRet = list_empty(&my_list_head);if (iRet) {pthread_cond_wait(&gCond, &gMutex);}pthread_mutex_unlock(&gMutex);if (iRet) {continue;}pthread_mutex_lock(&gMutex);list_for_each_entry_safe(node,tmp,&my_list_head,list){//数据处理。。。}pthread_mutex_unlock(&gMutex);}
}

这篇关于Linux双向链表相关API的使用及事例Demo的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/846577。

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