linux内核链表的实现和使用和详解

首先，内核链表的头文件，在linux内核的 /include/linux 下的 List.h ，把List.h 复制出来，黏贴到 工程下，就可以直接用内核链表的一些宏和函数。

以下介绍内核链表的一些宏和函数，已经他的实现方式和使用方法。

（1）什么是内核链表：

如图：内核链表一般就是 在一个结构体 有一个结构体成员变量，该结构体成员变量只有 next 和 prev两个指针，分别指向下一个结点和上一个结构，就像一条绳子串起所有的结构体，这样做的好处，就是可以用内核链表来串起各个不同类型的结构体。

（2）内核链表的初始化：

#include "kernel_list.h"//我把内核中的 /include/linux/List.h 改名为 kernel_list.h#include <stdio.h>  struct Person{char name[20];int age;struct list_head mylist;//其中 list_head 在kernel_list.h 中有定义，这个结构体就只有两个结构体指针（next和prev）};int main(){struct Person *p;INIT_LIST_HEAD(&(p->mylist));//主要是使用 INIT_LIST_HEAD（）这个宏初始化那个链表。return 0;}

以下是宏INIT_LIST_HEAD（）的实现方法，仅作了解就行，因为引入了 /include/linux/List.h 后，是可以直接使用 INIT_LIST_HEAD的

#define INIT_LIST_HEAD(ptr)    \           //ptr是指针do {  \     (ptr)->next = (ptr); (ptr)->prev = (ptr);  \   } while (0)

作用是把 指针指向的结构体 中的next和prev都指向自己。

（3）插入内核链表结点：

在结点head之后插入新节点。（这是实现原理，仅作了解就行，后面会有怎么用的代码）

static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)    //在结点之后插入新结点{__list_add(new, head, head->next);//__list_add（）这个函数，等等就讲}

在结点head之前插入新节点。（这是实现原理，仅作了解就行，后面会有怎么用的代码）

static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head){__list_add(new, head->prev, head);}

访问顺序和新增插入顺序（如在head之前或之后插入）有相应的函数。

__list_add（）的实现：

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;}

struct list_head 在内核头文件 List.h中的实现：

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

list_head（）和list_head_tail（）选一个使用就行，没必要两个都记住。

（4）遍历内核链表：

宏函数 list_entry（）是重点，不过这个也了解一下就好，真正操作内核链表用不到。下面再解释这个宏。

两种遍历方法（对应两种插入结点的方法）：

第一种：向前遍历：（下面有更好的方法）

#define list_for_each(pos, head) \for (pos = (head)->next; pos != (head); \pos = pos->next)/**

第二种：向后遍历：（下面有更好的方法）

#define list_for_each_prev(pos, head) \for (pos = (head)->prev; pos != (head); \pos = pos->prev)

注意：插入结点的方法要跟遍历方法匹对好，用head之后插入结点的方法的话，遍历方法就要选向后遍历。

           用head之前插入结点的方法的话，遍历方法就要宣向前遍历，这样才能 按插入顺序遍历所有结点。

上述的两种遍历方法，都是指向内核链表结构体的，这样设计起来不太简易，首先你的封装性就不够强，而下面介绍的方法则是 指向内核链表结构体 所在的结构体。

如：（推荐以下这种--->list_for_each_entry（））

list_for_each_entry() 是                  向前遍历。

list_for_each_entry_reverse（）是向后遍历。

list_for_each_entry() 和list_for_each_entry_reverse（）选一个就好，当然也得匹配好插入结点是向前还是向后。

struct student{ int num; struct list_head mylist;};

int show(struct student *head){struct student *pos;list_for_each_entry(pos,&(head->mylist),mylist)  //list_for_each_entry（）是将要介绍的宏。{ //用list_for_each_entry的话，pos可以写你定义的结构体类型（struct student）printf("pos->num is:%d\n",pos->num);     // 而不是struct list_head ，而用list_for_each的话，pos必须是 list_head类型的}return 0;}

list_for_each_entry_reverse（）的实现代码：（跟list_for_each_entry差不多）

#define list_for_each_entry_reverse(pos, head, member)\for (pos = list_entry((head)->prev, typeof(*pos), member);\     &pos->member != (head); \     pos = list_entry(pos->member.prev, typeof(*pos), member))

list_for_each_entry()的实现：（实现原理仅作了解即可）（他只是一个 for 循环）

#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))   //一个for循环

list_for_each_entry()的作用是 ：

           list_for_each_entry()的三个参数分别是，pos（指向member的指针） ， head（数据类型结构体头结点），member（数据类型结构体的一个成员变量）

           这个宏可以通过 通过 一个指针指向 一个结构体中 一个成员，来返回这个结构体的起始地址。
 

其中实现这个功能最重要的是一个宏 list_entry() ,我们来看看他的实现：

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

这片代码看起来有点难懂，我们来画个图看看：

首先  &((type*)0)->member：把0地址转换成（type*）类型，然后就可以映射出 member（因为member是结构体x的一个成员），0地址上的结构体是不存在的，只是虚拟出来

然后 &((type*)0)->member 是上图A部分的大小，因为同是 type型结构体，所以A部分大小 = B部分大小。然后再用  指向member 的指针pos 减去B部分 就等于 结构体x的

起始地址。

（5）删除结点：

直接上代码，并不难理解：

static inline void list_del(struct list_head *entry){__list_del(entry->prev, entry->next);entry->next = (void *) 0;entry->prev = (void *) 0;}

这个函数，包括上面的宏和函数，只是一个接口，后续的操作函数其实还需要自己设计，例如上面这个删除函数，其实还得free掉entry，否则会一直占着堆空间

宏__list_del（）的实现原理：（这些都简单理解就好）

static inline void __list_del(struct list_head *prev, struct list_head *next){next->prev = prev;prev->next = next;}

最后，一片代码：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include "kernel_list.h"struct student{int num;struct list_head mylist;};// 内核链表的初始化struct student * list_init(){struct student *head=malloc(sizeof(struct student));INIT_LIST_HEAD(&(head->mylist));return head;}// 创建新的节点struct student * new_node(int data){struct student *new=malloc(sizeof(struct student));new->num=data;INIT_LIST_HEAD(&(new->mylist));return new;}// 添加新的节点到内核链表中int kernellist_add(struct student *new,struct student *head){list_add(&(new->mylist), &(head->mylist));return 0;}// 打印内核链表的数据int show(struct student *head){struct student *pos;list_for_each_entry(pos,&(head->mylist),mylist) {printf("pos->num is:%d\n",pos->num);}return 0;}int main(){int n;int i;struct student *mynewnode;struct student *p=list_init();printf("please input num you want create node!\n");scanf("%d",&n);for(i=1; i<=n; i++){mynewnode = new_node(i);kernellist_add(mynewnode,p);}show(p);return 0;}