列表与列表项

认识列表和列表项

FreeRTOS 中的 列表（List） 和 列表项（ListItem）是其内核实现的核心数据结构，广泛用于任务调度、队列管理、事件组、信号量等模块。它们通过双向链表实现，支持高效的元素插入、删除和遍历操作。

1. 列表（List）

列表是 FreeRTOS 中用于管理多个列表项的容器，其结构定义在 "list.h" 中

主要成员如下：

• uxNumberOfItems: 当前列表中包含的列表项数量。

• pxIndex: 指向列表中的一个列表项，用于遍历列表（如任务切换时遍历就绪列表）。

• xListEnd: 列表的"结束标记"，是一个特殊的列表项，作为链表的头和尾的锚点。

列表特点：

• 列表是一个双向循环链表，通过 "xListEnd "作为链表的起点和终点。

• 列表项按 "xItemValue"（列表项的值）"升序排列"，便于快速插入和查找（如任务优先级调度）。

2. 列表项（ListItem）

列表项是链表的节点，定义在 "list.h" 中

主要成员如下：

• pvOwner: 指向列表项的所有者（如任务控制块 `TCB_t`）。

• pxContainer: 指向该列表项所属的列表。

• pxPrevious/pxNext: 指向前一个和后一个列表项的指针。

• xItemValue: 列表项的值，用于排序（如任务的优先级）。

列表项特点:

• 每个列表项可以动态插入或移除到不同的列表中。

• 列表项的 "xItemValue"决定了它在列表中的位置（按升序排列）。

3. 列表和列表项的关系

• 列表通过 "xListEnd"作为根节点，所有列表项通过 "pxPrevious"和 "pxNext" 指针链接成一个环。

• 例如，FreeRTOS 的任务就绪列表（pxReadyTasksLists）是一个列表，每个任务的控制块（TCB）中的状态列表项（xStateListItem）会插入到对应的就绪列表中。

4. 应用场景

1. 任务管理

• 任务的就绪列表、阻塞列表、挂起列表均通过列表和列表项管理。

• 例如，任务的 "xStateListItem" 会根据任务状态插入到不同的列表中。

• 任务的优先级由 "xItemValue" 表示，列表按优先级排序。

2. 事件组、队列、信号量

• 当任务等待事件或资源时，其事件列表项（如 xEventListItem）会被插入到事件或资源的等待列表中。

5. 常用操作函数

FreeRTOS 提供了一系列 API 操作列表和列表项：

列表操作:

• vListInitialise(List_t *pxList): 初始化一个空列表。

• vListInsert(List_t *pxList, ListItem_t *pxNewListItem): 按 "xItemValue" 升序插入列表项。

• vListRemove(ListItem_t *pxItemToRemove): 从列表中移除某个列表项。

列表项操作:

• vListInitialiseItem(ListItem_t *pxItem): 初始化列表项。

• listSET_LIST_ITEM_OWNER(ListItem_t *pxListItem, void *pvOwner): 设置列表项的所有者（如任务句柄）。

• listGET_LIST_ITEM_VALUE(ListItem_t *pxListItem): 获取列表项的值。

下面用代码演示列表项的插入、删除以及末尾插入：

1.插入列表项1，值为40

//列表任务
void list_task(void *pvParameters)
{
   vListInitialise( &TestList );//初始化列表1
   vListInitialiseItem(&ListItem1);//初始化列表项1
   vListInitialiseItem(&ListItem2);//初始化列表项2
   vListInitialiseItem(&ListItem3);//初始化列表项3
	
	 ListItem1.xItemValue = 40;
	 ListItem2.xItemValue = 60;
	 ListItem3.xItemValue = 50;
	
printf("----------------------------列表与列表项地址------------------------- \r\n");
printf("项目                         地址                                    \r\n");
printf("TestList                     %#x                         \r\n",(int)&TestList);
printf("TestList->pxIndex            %#x                 \r\n",(int)TestList.pxIndex);
printf("TestList->xListEnd           %#x             \r\n",(int)&(TestList.xListEnd));
printf("ListItem1                    %#x                   \r\n",(int)&ListItem1);
printf("ListItem2                    %#x                     \r\n",(int)&ListItem2);
printf("ListItem3                    %#x                     \r\n",(int)&ListItem3);

//TestList插入列表项1
vListInsert(&TestList ,&ListItem1);//插入列表项函数
printf("---------------------------插入列表项ListItem1------------------------\r\n");
printf("TestList->xListEnd->pxNext        %#x       \r\n",(int)(TestList.xListEnd.pxNext));
printf("ListItem1->pxNext                 %#x              \r\n",(int)(ListItem1.pxNext));
printf("----------------------------前后连接分割线----------------------------\r\n");
printf("TestList->xListEnd->pxPrevious    %#x   \r\n",(int)(TestList.xListEnd.pxPrevious));
printf("ListItem1->pxPrevious             %#x           \r\n",(int)(ListItem1.pxPrevious));
printf("------------------------------结束---------------------------------------\r\n");

用串口打印连接结果：

可以看出列表和列表项1进行了环形连接

2.紧接着上面的代码再插入列表项2，值为60

	//插入列表项2
  vListInsert(&TestList ,&ListItem2);
printf("--------------------------------再插入列表项ListItem2------------------------\r\n");
printf("TestList->xListEnd->pxNext        %#x       \r\n",(int)(TestList.xListEnd.pxNext));
printf("ListItem1->pxNext                 %#x               \r\n",(int)(ListItem1.pxNext));
printf("ListItem2->pxNext                 %#x               \r\n",(int)(ListItem2.pxNext));

printf("---------------------------------前后连接分割线-----------------------------\r\n");
printf("TestList->xListEnd->pxPrevious    %#x  \r\n",(int)(TestList.xListEnd.pxPrevious));
printf("ListItem1->pxPrevious             %#x          \r\n",(int)(ListItem1.pxPrevious));
printf("ListItem2->pxPrevious             %#x          \r\n",(int)(ListItem2.pxPrevious));
printf("---------------------------------结束--------------------------------------\r\n");

用串口打印连接结果：

可以看出他们的连接方式

3.紧接着上面的代码再插入列表项3，值为50

//插入列表项3
  vListInsert(&TestList ,&ListItem3);
printf("---------------------------再插入列表项ListItem3------------------------\r\n");
printf("TestList->xListEnd->pxNext        %#x      \r\n",(int)(TestList.xListEnd.pxNext));
printf("ListItem1->pxNext                %#x                \r\n",(int)(ListItem1.pxNext));
printf("ListItem2->pxNext                %#x              \r\n",(int)(ListItem2.pxNext));
printf("ListItem3->pxNext                %#x               \r\n",(int)(ListItem3.pxNext));

printf("----------------------------前后连接分割线---------------------------------\r\n");
printf("TestList->xListEnd->pxPrevious    %#x \r\n",(int)(TestList.xListEnd.pxPrevious));
printf("ListItem1->pxPrevious             %#x          \r\n",(int)(ListItem1.pxPrevious));
printf("ListItem2->pxPrevious             %#x         \r\n",(int)(ListItem2.pxPrevious));
printf("ListItem3->pxPrevious             %#x         \r\n",(int)(ListItem3.pxPrevious));
printf("-----------------------------------结束-----------------------------------\r\n");

用串口打印结果：

可以看出列表项3插在了列表项1和2之间，说明列表项的 "xItemValue"决定了它在列表中的位置（按升序排列）

4.紧接着上面的代码删除列表项2

//列表删除列表项2
  uxListRemove(&ListItem2);
printf("--------------------------------列表删除ListItem2------------------------\r\n");
printf("TestList->xListEnd->pxNext       %#x        \r\n",(int)(TestList.xListEnd.pxNext));
printf("ListItem1->pxNext                %#x                \r\n",(int)(ListItem1.pxNext));
printf("ListItem3->pxNext                %#x                \r\n",(int)(ListItem3.pxNext));

printf("-------------------------------前后连接分割线-----------------------------\r\n");
printf("TestList->xListEnd->pxPrevious    %#x   \r\n",(int)(TestList.xListEnd.pxPrevious));
printf("ListItem1->pxPrevious             %#x           \r\n",(int)(ListItem1.pxPrevious));
printf("ListItem3->pxPrevious             %#x           \r\n",(int)(ListItem3.pxPrevious));
printf("---------------------------------结束--------------------------------------\r\n");

用串口打印结果：

可以看出ListItem3->pxNext 由原来指向列表项2指向了迷你列表向形成新的环

5.紧接着上面的代码末尾插入列表项2

//末尾插入列表项2
  TestList.pxIndex = TestList.pxIndex->pxNext;
  vListInsertEnd(&TestList ,&ListItem2);
printf("---------------------------末尾插入列表项ListItem2--------------------------\r\n");
printf("TestList->xListEnd->pxNext        %#x      \r\n",(int)(TestList.xListEnd.pxNext));
printf("ListItem1->pxNext                %#x               \r\n",(int)(ListItem1.pxNext));
printf("ListItem2->pxNext                %#x               \r\n",(int)(ListItem2.pxNext));
printf("ListItem3->pxNext                %#x               \r\n",(int)(ListItem3.pxNext));

printf("-------------------------------前后连接分割线--------------------------------\r\n");
printf("TestList->xListEnd->pxPrevious    %#x   \r\n",(int)(TestList.xListEnd.pxPrevious));
printf("ListItem1->pxPrevious             %#x           \r\n",(int)(ListItem1.pxPrevious));
printf("ListItem2->pxPrevious             %#x           \r\n",(int)(ListItem2.pxPrevious));
printf("ListItem3->pxPrevious             %#x           \r\n",(int)(ListItem3.pxPrevious));
printf("-------------------------------结束-----------------------------------------\r\n");

用串口打印结果：

这时List的pxIdex指向了ListItem1,就是TestList.pxIndex = TestList.pxIndex->pxNext;这时ListItem1指向ListItem3，ListItem3指向迷你列表项，迷你列表项指向ListItem2，ListItem2指向ListItem1，形成环