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c语言是如何实现泛型链表

2018-06-18 04:11:07来源：未知阅读 ()

　　最近有看一点Linux内核源码，发现内核里大量使用了list_head结构体。百度查了一下，原来内核利用这个结构体实现了泛型。

　　自认为对链表已经很熟悉的我，决定自己实现一下。

　　下面以Node和list_head为例。

　　上图就是循环链大致思路了。（画的不好）

　　我们通过list_head对链表进行移动操作。

　　这里存在几个问题：

　　　　首先通过list_head得到的指针，它指向的list_head的结构体，但我们其实想要使用的是Node结构体。

　　　　再有，我们要设计一个泛型的链表，那么，我就不可以在实现链表时有任何对Node的操作。

　　解决办法：

　　　　1、通过计算，找到node结构体的首地址。（我们通过一个宏来实现）

1 #define list_entry(ptr, type, member) \
2     ((type *)((char *)(ptr) - (char *)(&(((type *)0)->member))))

　　　　这个宏看起来可能点乱，但我们把思路缕清就不乱了。

我们只知道entry的指针，如何求出Node的指针呢？

如果我们可以知道entry的相对位置，那么

　　Node的实际位置 = entry的实际位置 - entry的相对位置。

　　entry的相对位置 = (&((（Node *）0)->entry)) 又蒙了么？这里，我们先将 0转换为（Node *)类型的指针，再用这个指针指向entry，最后取它的地址。这时我们就得到了entry的相对位置。

　　宏中把他们强转成char * 是为了进行减法。最后再强转成Node类型，这时我就得到了Node的指针。

2、让用户自己定义特定数据的操作，我们只提供一个函数接口（我们通过函数指针来实现）

　　在我们的链表里，只涉及到了list_head 里的内容，所以，不能对Node进行操作。参数也都是list_head的指针。这就需要用户在使用时，通过上面的宏来完成从list_head 到 Node的转换。在稍后例子中会了解到。

源码

dclist_head.h

 1 /*************************************************************************
 2     > File Name: dlist_head.h
 3     > Author: gaozy
 4     > Mail: 44523253@qq.com 
 5     > Created Time: 2016年12月24日 星期六 10时11分22秒
 6  ************************************************************************/
 7 
 8 /*
 9  *这是我自己实现的一个泛型循环链表
10  *使用者只需要把dclist_head_t 这个结构体加入到自己的结构体中就可以使用这个链表了。
11  *在使用时，需要使用者创建一个头节点，之后使用init函数初始化。（当然，你也可以自己对他进行初始化操作）
12  *它很重要，否则无法使用这个链表。
13  *链表给使用者提供了四个函数
14  *init 刚刚已经说过了，我们用它初始化链表
15  *append 这是一个向链表中添加节点的函数，需要我们传入链表的头和新节点的dclist_head_t部分的指针
16  *treaverse 正如火函数名一样，它的作用是遍历链表，它需要我们提供一个函数指针
17  *这个指针的作用是对节点进行操作，参数是一个dclist_head_t 类型的指针，我们同过list_entry这个宏获取
18  *使用者自定义的数据类型。
19  *dc_remove这个函数用来释放链表，类似treaverse函数，需要我们自己实现删除j节点函数。
20  *它会释放链表中的所有节点，只有头结点例外，头需要我们自己释放
21  */
22 
23 #ifndef DLIST_HEAD
24 #define    DLIST_HEAD
25 
26 #define list_entry(ptr, type, member) \
27     ((type *)((char *)(ptr) - (char *)(&(((type *)0)->member))))
28 
29 typedef struct dclist_head {
30     struct dclist_head * prev;
31     struct dclist_head * next;
32 } dclist_head_t;
33 
34 void init(dclist_head_t *head);
35 void append(dclist_head_t *head, dclist_head_t *node);
36 void treaverse(dclist_head_t *head, void (*pfun)(dclist_head_t *node) );
37 void dc_remove(dclist_head_t *head, void (*pfun)(dclist_head_t *node) );
38 
39 #endif

dclist_head.c

 1 /*************************************************************************
 2     > File Name: dclist_head.c
 3     > Author: gaozy
 4     > Mail: 44523253@qq.com 
 5     > Created Time: 2016年12月24日 星期六 10时19分49秒
 6  ************************************************************************/
 7 
 8 #include <stdio.h>
 9 #include <stdlib.h>
10 
11 #include "dclist_head.h"
12 
13 
14 void init(dclist_head_t *head)
15 {
16     if ( head != NULL ) {
17         head->prev = NULL;
18         head->next = NULL;
19     }
20 }
21 
22 void append(dclist_head_t *head, dclist_head_t *node)
23 {
24     if ( head == NULL ) {
25         printf("error\n");
26         exit(1);
27     }
28 
29     if ( head->prev == NULL && head->next == NULL ) {
30         head->prev = node;
31         head->next = node;
32         node->prev = head;
33         node->next = head;
34     } else {
35         dclist_head_t *tmp = head->prev;
36         tmp->next = node;
37         node->prev = tmp;
38         node->next = head;
39         head->prev = node;
40     }
41 }
42 
43 void treaverse(dclist_head_t *head, void (*pfun)(dclist_head_t *node) )
44 {
45     if ( head == NULL || head->next == NULL )
46         return;
47 
48     dclist_head_t *tmp = head->next;
49     while ( tmp != head ) {
50         pfun(tmp);
51         tmp = tmp->next;
52     }
53 }
54 
55 void dc_remove(dclist_head_t *head, void (*pfun)(dclist_head_t *node) )
56 {
57     treaverse(head, pfun);
58 }

测试代码

main.c

 1 /*************************************************************************
 2     > File Name: main.c
 3     > Author: gaozy
 4     > Mail: 44523253@qq.com 
 5     > Created Time: 2016年12月24日 星期六 11时11分25秒
 6  ************************************************************************/
 7 
 8 #include <stdio.h>
 9 #include <stdlib.h>
10 
11 #include "dclist_head.h"
12 
13 typedef struct {
14     int id;
15     dclist_head_t entry;
16 } student_t;
17 
18 void print(dclist_head_t *ptr)
19 {
20     student_t *stu = list_entry(ptr, student_t, entry);
21     if ( stu == NULL )
22         return;
23     printf("student id = %d\n", stu->id);
24 }
25 
26 void free_node(dclist_head_t *ptr)
27 {
28     if (ptr == NULL )
29         return;
30     
31     student_t *node = list_entry(ptr, student_t, entry);
32     free(node);
33 }
34 
35 student_t* make_node(int id)
36 {
37     student_t *stu = (student_t *)malloc(sizeof(student_t));
38     if ( stu != NULL ) {
39         stu->id = id;
40     }
41 
42     return stu;
43 }
44 
45 int main(void)
46 {
47     dclist_head_t list;
48 
49     init(&list);
50 
51     int i;
52     student_t *stu;
53     for ( i=0; i<5; i++ ) {
54         stu = make_node(i);
55         if ( stu != NULL )
56             append(&list, &stu->entry);
57     }
58     
59 
60     treaverse(&list, print);
61     dc_remove(&list, free_node);
62 
63 
64     return 0;
65 }