[原理分析]linux内核中的链表原理实践[2]

摘要：

本文过程化的演进方式，将自己写的链表结构慢慢地演化到类似linux内核链表的实现。

正文：

在本系列1中，如果将data_node中的信息调换一下，也即value放在前面，将head_node信息放在后面，那么节点数据就不能正常输出。

typedef struct data_node{
	int value;
	head_node h;
}data_node;

要查找原因，主要还是看list_value函数的实现：

void list_value(data_node* d)
{
   data_node* dn = d;
   do{
     printf("%d ", dn->value);
     dn = (data_node*)dn->h.next;
   }while(dn!=d);
}

上述代码是将dn->h.next的指针强制转化为data_node的指针完成data_node首地址的确定，现在data_node内部的数据调换顺序后，head_node的首地址不再是data_node的首地址，所以出错。此处的解决方法也很直接：通过head_node的地址反向求得data_node的地址，基本思路：将head_node的地址，减去其在data_node中的地址偏移，也就是data_node的地址了。按照此思路将list_value修改后的代码如下：

void show_value(head_node* ptr)
{
	head_node* temp = ptr;
	unsigned long offset =(unsigned long)&((data_node*)0)->h;
	data_node* dn = (data_node*)((unsigned long)ptr  - offset);

	do{
		printf("%d ", dn->value);
		ptr = dn->h.next;
		unsigned long offset =(unsigned long)&((data_node*)0)->h;
		dn = (data_node*)((unsigned long)ptr  - offset);
	}while(&(dn->h) != temp);
}

求偏移时，采用下面的语句：(unsinged long) &((data_node*)0)->h；这里的求地址符号不能缺少，因为后面部分只是偏移到h，具体偏移的量还是也就是h所处的地址，因为地址是从0开始的；data_node的首地址就通过head_node的首地址，减去其在data_node中的偏移得到。上述的代码不清晰，我们将重复的部分写成宏的形式，那就有：

#define off()  (unsigned long)  (&((data_node*)0)->h)
#define  entry(ptr)  (data_node*) ((unsigned long)ptr  - off())

然后利用上述的宏再重写show_value函数：

void show_value(head_node* ptr){
	head_node* temp = ptr;
	data_node* dn = entry(ptr);
	do{
		printf("%d ", dn->value);
		ptr = dn->h.next;
		dn = entry(ptr);
	}while(&(dn->h) != temp);	
}

看上去精简不少，我们再把对数据处理的函数写成单独的模块：

void showme(daat_node* dn)
{
    printf("%d ", dn->value);
}

回头看上述的代码，还是不能满足我们模块化的需要，上述代码中的循环被数据处理模块割裂，不能很好地模块化，我们希望看到的代码是下面的这个样子，将循环部分的代码尽量集中在括号外面，带来的好处：循环部分代码复用性提升，修改处理函数变得容易；

data_node* dn;
循环代码部分{
     showme(dn);
}

考察循环的常用三种写法：for, while, do while；do while已经被证明会被数据处理函数隔离，while的话，判断语句和操作语句的分离；最终只能考虑用for来实现我们上面的设想，将上述的show_value改成基于for循环的形式：

data_node* dn;
for(head_node* temp = ptr, dn = entry(ptr); &(dn->h)!=temp; ptr = dn->h.next, dn = entry(ptr))
{
	show_value(dn);
}

这样的修改方式在vs 2005上编译出现问题，只要将 head_node* temp的定义放在循环外面进行即可。于是代码变成如下的形式：

void show_value(head_node* ptr){
	data_node* dn = NULL;
	head_node* temp;

	for(temp = ptr, dn = entry(ptr); &(dn->h)!=temp; ptr = dn->h.next, dn = entry(ptr)){
		printf("%d ", dn->value);
	}
}

运行上述的代码后发现并没有输出，仔细检查下主要在于语句：&(dn->h)!=temp；该语句在循环第一次执行时就不满足条件，因为temp当前的值就是dn->h的当前的地址，也就是说temp和dn属于同一个数据节点。当然在初始化时，可以让dn指向下一个ptr的下一个节点，但这样的问题在于不能输出ptr当前节点的数据，造成数据漏输。这就是for循环带来的问题，在原来的do while版本中，由于是先输出数据，更新ptr后，再做的判断，所以不会存在上述的问题。那此处怎么修改呢？简单想到的一个解决方法就是跳过第一个节点，第一个节点中不存数据，只是将第一个节点作为标志节点，也就是头节点。增加头节点的代码修改：

	head_node* lh = (head_node*)malloc(sizeof(head_node));
	lh->next = lh;
	lh->prev = lh;

	node_add(lh, &(d1->h));
	node_add(lh, &(d2->h));
	node_add(lh, &(d3->h));

相应的show_value函数也要做对应修改：

void show_value(head_node* ptr){
	data_node* dn = NULL;
	head_node* temp;

	for(temp = ptr, dn = entry(ptr->next); &(dn->h)!=temp; ptr = dn->h.next, dn = entry(ptr)){
		showme(dn);
	}
}

调用端的代码也要做对应修改：show_value(lh)；经过测试，上述三个节点中的数据都能输出，但是看上去show_vlaue中的代码还是不够清晰，我们再打磨下：

void show_value(head_node* head){
	data_node* dn = NULL;
	head_node* pos;

	for(pos = head->next, dn = entry(pos); pos!=head; pos = pos->next, dn = entry(pos)){
		showme(dn);
	}
}

上面的代码可以看到，for循环的操作和判断都移到大括号外面，括号里面只剩下操作函数，然后我们再将上述的for循环部分代码宏化：

#define list_each_entry(head, pos)   for(pos = head->next, dn = entry(pos) ; 						pos!=head; pos=pos->next, dn = entry(pos))

基于上述的宏，我们再修改show_value函数：

void show_value(head_node* head)
{
	data_node* dn = NULL;
	head_node* pos;

	list_each_entry(head, pos){
		showme(dn);
	}
}

结束语：

本文以linux内核代码中的链表实现为灯塔，采用自然演化的过程，慢慢根据自己的需求，将自己的代码修改成类linux实现的代码。