大多數(shù)的讀者在學習編程語言的時候都不喜歡那些枯燥的文字描述，包括我自己在開始學習編程的時候也是這樣，對于代碼的熱情遠遠高于文字，所以我在我寫東西的時候也不喜歡用枯燥的文字描述來向讀者講解，更喜歡用代碼加上適當?shù)奈淖置枋龅姆绞竭M行講解，因為有些東西可能用枯燥的文字描述半天還不如實實在在的給讀者呈現(xiàn)出一段簡單的代碼，讓讀者理解得更加的透徹些。但是并不是說文字描述就沒用，文字描述也很重要，只是絕大部分讀者都更加的希望直接達到最終的效果，都想跳過那些中間的步驟。接下來我們接著上一篇博客《C語言的那些小秘密之鏈表(三)》的內(nèi)容繼續(xù)講解linux內(nèi)核雙向循環(huán)鏈表。[cpp] view plaincopystatic inline int list_empty(const struct list_head *head)

　　{

　　return head->next == head;

　　}

　　static inline int list_empty_careful(const struct list_head *head)

　　{

　　struct list_head *next = head->next;

　　return (next == head) && (next == head->prev);

　　}

　　list_empty()函數(shù)和list_empty_careful()函數(shù)都是用來檢測鏈表是否為空的。但是稍有區(qū)別的就是第一個鏈表使用的檢測方法是判斷表頭的結(jié)點的下一個結(jié)點是否為其本身，如果是則返回為true，否則返回false。第二個函數(shù)使用的檢測方法是判斷表頭的前一個結(jié)點和后一個結(jié)點是否為其本身，如果同時滿足則返回false，否則返回值為true。說多了可能讀者就會沒耐心了，那么接下來我來看看下面的代碼。

　　[html] view plaincopy#include

　　#include

　　#include "list.h"

　　typedef struct _stu

　　{

　　char name[20];

　　int num;

　　struct list_head list;

　　}stu;

　　int main()

　　{

　　stu *pstu;

　　stu *tmp_stu;

　　struct list_head stu_list;

　　struct list_head *pos;

　　int i = 0;

　　INIT_LIST_HEAD(&stu_list);

　　pstu = malloc(sizeof(stu)*5);

　　for(i=0;i<5;i++)

　　{

　　sprintf(pstu[i].name,"Stu%d",i+1);

　　pstu[i].num = i+1;

　　list_add( &(pstu[i].list), &stu_list);

　　}

　　list_for_each(pos,&stu_list)

　　{

　　tmp_stu = list_entry(pos, stu, list);

　　printf("student num: %dtstudent name: %sn",tmp_stu->num,tmp_stu->name);

　　}

　　if(list_empty(&stu_list))

　　printf("使用list_empty()檢測，鏈表為空n");

　　else

　　printf("使用list_empty()檢測，鏈表非空n");

　　if(list_empty_careful(&stu_list))

　　printf("使用list_empty_careful()檢測，鏈表為空n");

　　else

　　printf("使用list_empty_careful()檢測，鏈表非空n");

　　free(pstu);

　　return 0;

　　}

　　運行結(jié)果為：

　　[html] view plaincopyroot@ubuntu:/home/paixu/dlist_node# ./a

　　student num: 5 student name: Stu5

　　student num: 4 student name: Stu4

　　student num: 3 student name: Stu3

　　student num: 2 student name: Stu2

　　student num: 1 student name: Stu1

　　使用list_empty()檢測，鏈表非空

　　使用list_empty_careful()檢測，鏈表非空

　　看看代碼就知道如何使用了，接下來看看鏈表的合成。

　　[html] view plaincopystatic 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;

　　}

　　這個地方我覺得最好的方法就是使用圖示來進行講解，直觀易懂，如果用文字描述半天還不如讀者看一眼圖。

　　將一個鏈表插入到另外一個鏈表中。不作鏈表是否為空的檢查，由調(diào)用者默認保證。因為每個鏈表只有一個頭節(jié)點，將空鏈表插入到另外一個鏈表中是沒有意義的。但被插入的鏈表可以是空的。

　　[cpp] view plaincopystatic inline void list_splice(struct list_head *list, struct list_head *head)

　　{

　　if (!list_empty(list))

　　__list_splice(list, head);

　　}

　　在這種情況下會丟棄list所指向的頭結(jié)點，因為兩個鏈表有兩個頭結(jié)點，所以我們必須要去掉其中一個頭結(jié)點。只要list非空鏈，head無任何限制，該函數(shù)就能實現(xiàn)鏈表的合并。

　　[cpp] view plaincopystatic 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);

　　}

　　}

　　以上函數(shù)的功能是將一個鏈表list的有效信息合并到另外一個鏈表head后，重新初始化被去掉的空的鏈表頭。這樣的描述可能不是太好理解，接下來看看一段代碼。

　　[html] view plaincopy#include

　　#include

　　#include "list.h"

　　typedef struct _stu

　　{

　　char name[20];

　　int num;

　　struct list_head list;

　　}stu;

　　int main()

　　{

　　stu *pstu,*pstu2;

　　stu *tmp_stu;

　　struct list_head stu_list,stu_list2;

　　struct list_head *pos;

　　int i = 0;

　　INIT_LIST_HEAD(&stu_list);

　　INIT_LIST_HEAD(&stu_list2);

　　pstu = malloc(sizeof(stu)*3);

　　pstu2 = malloc(sizeof(stu)*3);

　　for(i=0;i<3;i++)

　　{

　　sprintf(pstu[i].name,"Stu%d",i+1);

　　sprintf(pstu2[i].name,"Stu%d",i+4);

　　pstu[i].num = i+1;

　　pstu2[i].num = i+4;

　　list_add( &(pstu[i].list), &stu_list);

　　list_add( &(pstu2[i].list), &stu_list2);

　　}

　　printf("stu_list 鏈表n");

　　list_for_each(pos,&stu_list)

　　{

　　tmp_stu = list_entry(pos, stu, list);

　　printf("student num: %dtstudent name: %sn",tmp_stu->num,tmp_stu->name);

　　}

　　printf("stu_list2 鏈表n");

　　list_for_each(pos,&stu_list2)

　　{

　　tmp_stu = list_entry(pos, stu, list);

　　printf("student num: %dtstudent name: %sn",tmp_stu->num,tmp_stu->name);

　　}

　　printf("stu_list鏈表和stu_list2 鏈表合并以后n");

　　list_splice(&stu_list2,&stu_list);

　　list_for_each(pos,&stu_list)

　　{

　　tmp_stu = list_entry(pos, stu, list);

　　printf("student num: %dtstudent name: %sn",tmp_stu->num,tmp_stu->name);

　　}

　　free(pstu);

　　return 0;

　　}

　　運行結(jié)果為：

　　[html] view plaincopyroot@ubuntu:/home/paixu/dlist_node# ./a

　　stu_list 鏈表

　　student num: 3 student name: Stu3

　　student num: 2 student name: Stu2

　　student num: 1 student name: Stu1

　　stu_list2 鏈表

　　student num: 6 student name: Stu6

　　student num: 5 student name: Stu5

　　student num: 4 student name: Stu4

　　stu_list鏈表和stu_list2 鏈表合并以后

　　student num: 6 student name: Stu6

　　student num: 5 student name: Stu5

　　student num: 4 student name: Stu4

　　student num: 3 student name: Stu3

　　student num: 2 student name: Stu2

　　student num: 1 student name: Stu1

　　有了直觀的代碼和運行結(jié)果，理解起來也更加的容易了。

　　有了上面的這些操作，但是我們還一直沒有講到我們最終所關(guān)心的宿主結(jié)構(gòu)，那么接下來我們一起來看看我們該如何取出宿主結(jié)構(gòu)的指針呢?這也是我認為linux內(nèi)核雙向循環(huán)鏈表實現(xiàn)最為巧妙的地方了。

　　[cpp] view plaincopy#define list_entry(ptr, type, member)

　　((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member)))

　　看看上面的代碼，發(fā)現(xiàn)一個很熟悉的身影(unsigned long)(&((type *)0)->member))，這個我在前一篇博客《C語言的那些小秘密之字節(jié)對齊》中已經(jīng)講解過了，多以在此就不再做過多的講解，如果有不明白的讀者可以回過去看看講解再回過來閱讀。通過(unsigned long)(&((type *)0)->member))我們得出了成員變量member的偏移量，而ptr為指向member的指針，因為指針類型不同的原因，所以我們再次要先進行(char*)的轉(zhuǎn)換之后再進行計算。所以我們用ptr減去member的偏移量就得到了宿主結(jié)構(gòu)體的指針，這就是一個非常巧妙的地方，這也就使得linux內(nèi)核雙向循環(huán)鏈表能夠區(qū)別于傳統(tǒng)鏈表的關(guān)鍵所在?？赡芸吹竭@兒的時候讀者已經(jīng)感覺非常的枯燥了，但是別放棄，堅持看完，因為雖然這樣的講解枯燥了點，但是非常有用。所以堅持堅持吧!

　　[cpp] view plaincopy#define list_for_each(pos, head)

　　for (pos = (head)->next; prefetch(pos->next), pos != (head);

　　pos = pos->next)

　　#define __list_for_each(pos, head)

　　for (pos = (head)->next; pos != (head); pos = pos->next)

　　#define list_for_each_prev(pos, head)

　　for (pos = (head)->prev; prefetch(pos->prev), pos != (head);

　　pos = pos->prev)

　　遍歷是雙循環(huán)鏈表的基本操作，head為頭節(jié)點，遍歷過程中首先從(head)->next開始，當pos==head時退出，故head節(jié)點并沒有訪問，這和鏈表的結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)，通常頭節(jié)點都不含有其它有效信息，因此可以把頭節(jié)點作為雙向鏈表遍歷一遍的檢測標志來使用。在list_for_each宏中讀者可能發(fā)現(xiàn)一個比較陌生的面孔，我們在此就不將prefetch展開了講解了，有興趣的讀者可以自己查看下它的實現(xiàn)，其功能是預取內(nèi)存的內(nèi)容，也就是程序告訴CPU哪些內(nèi)容可能馬上用到，CPU預先其取出內(nèi)存操作數(shù)，然后將其送入高速緩存，用于優(yōu)化，是的執(zhí)行速度更快。接下來的__list_for_each()宏和list_for_each_prev()宏就不在此做一一的講解了，和list_for_each()宏類似。 就是遍歷的方向有所改變或者不使用預取。

　　通過上面的講解和前面那么多的代碼，相信讀者這個時候?qū)τ趌ist_for_each()已經(jīng)不再感到陌生了。上面的但三個遍歷鏈表的宏都類似，繼續(xù)往下看。

　　[cpp] view plaincopy#define list_for_each_safe(pos, n, head)

　　for (pos = (head)->next, n = pos->next; pos != (head);

　　pos = n, n = pos->next)

　　以上list_for_each_safe()宏也同樣是用于遍歷的，不同的是里邊多出了一個n暫存pos下一個節(jié)點的地址，避免了因為pos節(jié)點被釋放而造成的斷鏈，這也就體現(xiàn)出了safe。也就是說你可以遍歷完當前節(jié)點后將其刪除，同時可以接著訪問下一個節(jié)點，遍歷完畢后就只剩下一個頭節(jié)點。當然這有一個最為典型的應用，那就是我們在多進程編程時候，多個進程等待在同一個等待隊列上，若事件發(fā)生時喚醒所有進程，則可以喚醒后將其依次從等待隊列中刪除。

　　[html] view plaincopy#include

　　#include

　　#include "list.h"

　　typedef struct _stu

　　{

　　char name[20];

　　int num;

　　struct list_head list;

　　}stu;

　　int main()

　　{

　　stu *pstu;

　　stu *tmp_stu;

　　struct list_head stu_list;

　　struct list_head *pos,*n;

　　int i = 0;

　　INIT_LIST_HEAD(&stu_list);

　　pstu = malloc(sizeof(stu)*3);

　　for(i=0;i<3;i++)

　　{

　　sprintf(pstu[i].name,"Stu%d",i+1);

　　pstu[i].num = i+1;

　　list_add( &(pstu[i].list), &stu_list);

　　}

　　printf("通過list_for_each_safe()遍歷使用list_del(pos)刪除結(jié)點前n");

　　list_for_each_safe(pos, n, &stu_list)

　　{

　　tmp_stu = list_entry(pos, stu, list);

　　printf("student num: %dtstudent name: %sn",tmp_stu->num,tmp_stu->name);

　　list_del(pos);

　　}

　　printf("通過list_for_each()遍歷使用list_del(pos)刪除結(jié)點后n");

　　list_for_each(pos,&stu_list)

　　{

　　tmp_stu = list_entry(pos, stu, list);

　　printf("student num: %dtstudent name: %sn",tmp_stu->num,tmp_stu->name);

　　}

　　free(pstu);

　　return 0;

　　}

　　運行結(jié)果為：

　　[html] view plaincopyroot@ubuntu:/home/paixu/dlist_node# ./a

　　通過list_for_each_safe()遍歷使用list_del(pos)刪除結(jié)點前

　　student num: 3 student name: Stu3

　　student num: 2 student name: Stu2

　　student num: 1 student name: Stu1

　　通過list_for_each()遍歷使用list_del(pos)刪除結(jié)點后

　　讀者可以結(jié)合運行結(jié)果再去閱讀上面的文字描述部分。

　　如果只提供對list_head結(jié)構(gòu)的遍歷操作是遠遠不夠的，我們希望實現(xiàn)的是對宿主結(jié)構(gòu)的遍歷，即在遍歷時直接獲得當前鏈表節(jié)點所在的宿主結(jié)構(gòu)項，而不是每次要同時調(diào)用list_for_each()和list_entry()。為此Linux特地提供了list_for_each_entry()宏來實現(xiàn)

　　[cpp] view plaincopy#define list_for_each_entry(pos, head, member)

　　for (pos = list_entry((head)->next, typeof(*pos), member);

　　prefetch(pos->member.next), &pos->member != (head);

　　pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member))

　　第一個參數(shù)為傳入的遍歷指針，指向宿主數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，第二個參數(shù)為鏈表頭，為list_head結(jié)構(gòu)，第三個參數(shù)為list_head結(jié)構(gòu)在宿主結(jié)構(gòu)中的成員名。有時候做過多的講解反而沒有看看代碼的效果好，我們還是用段代碼來說明下吧。

　　[html] view plaincopy#include

　　#include

　　#include "list.h"

　　typedef struct _stu

　　{

　　char name[20];

　　int num;

　　struct list_head list;

　　}stu;

　　int main()

　　{

　　stu *pstu;

　　stu *tmp_stu;

　　struct list_head stu_list;

　　struct list_head *pos,*n;

　　int i = 0;

　　INIT_LIST_HEAD(&stu_list);

　　pstu = malloc(sizeof(stu)*3);

　　for(i=0;i<3;i++)

　　{

　　sprintf(pstu[i].name,"Stu%d",i+1);

　　pstu[i].num = i+1;

　　list_add( &(pstu[i].list), &stu_list);

　　}

　　list_for_each_entry(tmp_stu, &stu_list, list)

　　printf("student num: %dtstudent name: %sn",tmp_stu->num,tmp_stu->name);

　　free(pstu);

　　return 0;

　　}

　　運行結(jié)果為：

　　[html] view plaincopyroot@ubuntu:/home/paixu/dlist_node# ./a

　　student num: 3 student name: Stu3

　　student num: 2 student name: Stu2

　　student num: 1 student name: Stu1

　　如果讀者一開始對于文字描述感到陌生的話，那么就再次結(jié)合代碼去閱讀。

　　接下來再來看看最后幾個。

　　[html] view plaincopy#define list_for_each_entry_reverse(pos, head, member)

　　for (pos = list_entry((head)->prev, typeof(*pos), member);

　　prefetch(pos->member.prev), &pos->member != (head);

　　pos = list_entry(pos->member.prev, typeof(*pos), member))

　　#define list_prepare_entry(pos, head, member)

　　((pos) ? : list_entry(head, typeof(*pos), member))

　　#define list_for_each_entry_continue(pos, head, member)

　　for (pos = list_entry(pos->member.next, typeof(*pos), member);

　　prefetch(pos->member.next), &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))

　　以上幾個與list_for_each_entry類似，只是其中略有差別，list_prepare_entry()中含有prefetch()，它的作用在上面已經(jīng)講解，有什么疑惑可以返回去閱讀下，在此不再做過多的講解;list_for_each_entry_continue()和list_for_each_entry()的區(qū)別主要是list_for_each_entry_continue()可以不從鏈表頭開始遍歷，而是從已知的某個pos結(jié)點的下一個結(jié)點開始遍歷。在某些時候如果不是從頭結(jié)點開始遍歷，那么為了保證pos的初始值有效，必須使用list_prepare_entry()。其含義就是如果pos非空，那么pos的值就為其本身，如果pos為空，那么就從鏈表頭強制擴展一個虛pos指針，讀者自己分析list_prepare_entry()的實現(xiàn)就明白了。list_for_each_entry_safe()要求調(diào)用者另外提供一個與pos同類型的指針n，在for循環(huán)中暫存pos下一個節(jié)點的宿主結(jié)構(gòu)體的地址，避免因pos節(jié)點被釋放而造成的斷鏈。

　　到此我們linux內(nèi)核雙向循環(huán)鏈表的旅程就結(jié)束了，下一篇我們將開始一個新的旅程。由于本人水平有限，博客中的不妥或錯誤之處在所難免，殷切希望讀者批評指正。同時也歡迎讀者共同探討相關(guān)的內(nèi)容，如果樂意交流的話請留下你寶貴的意見。