内核链表 是Linux内核中广泛使用的一种数据结构,它具有以下特点:
1.双向循环链表:每个节点包含两个指针,一个指向前驱节点(prev),另一个指向后继节点(next),形成一个闭环。
2.结构封装:链表节点不直接包含数据。这样的设计使得同一个链表结构可以用于不同类型的数据节点。
3.通用性:由于链表节点与数据分离,可以方便地将链表结构嵌入到各种数据结构中,提高了代码的复用性和灵活性。
定义
内核链表是一种线性数据结构,其中每个节点包含了数据元素本身以及指向下一个节点的指针。在Linux内核中,这种链表通常被实现为双向链表或循环链表,以支持更高效的插入、删除和遍历操作。
节点结构
内核链表的节点通常包含至少两个指针:一个指向前一个节点(prev),另一个指向后一个节点(next)。在某些实现中,还可能包含一个指向数据本身的指针,但在Linux内核的链表中,节点本身并不直接存储用户数据,而是将用户数据保存在包含链表节点的结构体中。
链表头
链表头是一个特殊的节点,它通常不包含有效数据,但用于标识链表的开始位置。在双向链表中,链表头还可能包含指向链表最后一个节点的指针,以及一个指向链表第一个节点的指针。
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| 单向链表 | 单向链表是最基本的链表结构,每个节点包含数据域和一个指向下一个节点的指针。它只能向前遍历,不能直接访问链表中的任意元素,需要从头开始遍历找到指定位置的节点。插入和删除操作的时间复杂度为 O(1),但由于不能直接访问链表中的任意元素,因此在需要频繁访问链表中间节点的场景中效率较低。 |
| 双向链表 | 双向链表是每个节点包含数据域、一个指向前一个节点的指针和一个指向下一个节点的指针的链表。它可以向前和向后遍历,因此查找操作的时间复杂度为 O(1)。但是,双向链表的插入和删除操作需要更多的指针操作,时间复杂度较高。由于双向链表需要更多的存储空间来存储额外的指针,因此空间复杂度也较高。 |
| 内核链表 | 内核链表的链表节点不直接包含数据。这样的设计使得同一个链表结构可以用于不同类型的数据节点。 由于链表节点与数据分离,可以方便地将链表结构嵌入到各种数据结构中,提高了代码的复用性和灵活性。 |
内核链表的操作
- 初始化
在创建链表之前,需要先对链表头进行初始化。这通常包括设置链表头的指针为NULL(对于
单向链表)或指向自身(对于双向循环链表)。
cs
typedef struct knode
{
struct knode *ppre;
struct knode *pnext;
}Knode_t;
typedef struct klink
{
Knode_t *phead;
int clen;
pthread_mutex_t mutex;
}Klink_t;
- 插入节点
在链表中插入节点时,需要找到插入位置的前一个节点,并修改该节点和待插入节点的指
针。对于双向链表,还需要更新待插入节点的前驱指针。
cs
int push_klink_head(Klink_t *pklink, void *p)
{
Knode_t *pnode = (Knode_t *)p;
pnode->pnext = NULL;
pnode->ppre = NULL;
pnode->pnext = pklink->phead;
if (pklink->phead != NULL)
{
pklink->phead->ppre = pnode;
}
pklink->phead = pnode;
pklink->clen++;
return 0;
}
int push_klink_tail(Klink_t *pklink,void *p)
{
Knode_t *pnode = (Knode_t *)p;
pnode->pnext =NULL;
pnode->ppre =NULL;
if(pklink->phead!=NULL)
{
Knode_t *p = pklink->phead;
while(p->pnext!=NULL)
{
p=p->pnext;
}
p->pnext=pnode;
pnode->ppre=p;
}
else if(pklink->phead==NULL)
{
pklink->phead = pnode;
}
pklink->clen++;
return 0;
}
- 删除节点
删除链表中的节点时,需要找到该节点的前一个节点和后一个节点,并修改它们的指针以绕
过被删除的节点。对于双向链表,还需要更新被删除节点的前驱指针的指向。
cs
int pop_klink_head(Klink_t *pklink)
{
if(pklink->phead ==NULL)
{
return 0;
}
Knode_t *p = pklink->phead;
pklink->phead = p->pnext;
p->ppre = NULL;
free(p);
if(pklink->phead !=NULL)
{
pklink->phead->ppre=NULL;
}
pklink->clen--;
return 0;
}
int pop_klink_tail(Klink_t *pklink)
{
if(pklink->phead==NULL)
{
return 0;
}
Knode_t *p = pklink->phead;
while(p->pnext != NULL)
{
p=p->pnext;
}
if(p->ppre!= NULL)
{
p->ppre->pnext=NULL;
}
else
{
pklink->phead = NULL;
}
free(p);
pklink->clen--;
return 0;
}
- 遍历链表
遍历链表通常从链表头开始,依次访问每个节点直到链表末尾。在双向链表中,可以从链表
头或链表尾开始遍历。
cs
void klink_for_each(Klink_t *pklink, void (*pfun)(void *))
{
Knode_t *pnode = pklink->phead;
while (pnode != NULL)
{
pfun(pnode);
pnode = pnode->pnext;
}
printf("\n");
}
5.查找
cs
KNode_t *find_klink(KLink_t *pklink, void *t, CMP_t pfun)
{
KNode_t *pnode = pklink->phead;
while (pnode != NULL)
{
if (pfun(t, pnode))
{
return pnode;
}
pnode = pnode->pnext;
}
return NULL;
}
6.销毁
cs
int is_empty_klink(KLink_t *pklink)
{
return NULL == pklink->phead;
}
void destroy_klink(KLink_t *pklink)
{
while (!is_empty_klink(pklink))
{
pop_klink_head(pklink);
}
free(pklink);
}