c语言是如何实现泛型链表

2016-12-24 20:03:51来源:cnblogs.com作者:Covit人点击

  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_HEAD24 #define    DLIST_HEAD25 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 }

水平有限,还请大神多多指点。

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