list 链表及list_add_tail 双向链表实现分析

前几天找实习的时候，一个面试官给我留了一个题，做一个链表demo，要求实现创建、插入、删除等操作。

链表是一种常见的数据结构，它是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。链表由一系列结点（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。

我是用C++代码来写的。首先，定义一个linklist.h文件，该文件定义了链表的结点和链表支持的方法。如下所示：

[cpp] view plain copy

1. //linklist.h：定义链表结点和方法。  
2. #include <string>  
3. using namespace std;  
4.   
5. struct Info  
6. {  
7.     string name;    //姓名  
8.     int id;     //学号  
9. };  
10. //链表定义  
11. struct Node  
12. {  
13.     Info val;  
14.     Node *next;  
15.     Node(Info x):val(x),next(NULL) {}  
16. };  
17.   
18. class LinkList  
19. {  
20. public:  
21.     //构造函数  
22.     LinkList();   
23.     //在链表头部插入结点  
24.     void InsertHead(Info val);  
25.     //插入结点  
26.     void Insert(Info val,int pos);  
27.     //删除结点  
28.     void Remove(Info val);  
29.     //得到链表长度  
30.     int Length();  
31.     //链表反序  
32.     void Reverse();  
33.     //查找结点位置  
34.     int Find(Info val);  
35.     //打印链表  
36.     void Print();  
37.     //析构函数  
38.     ~LinkList();  
39. private:  
40.     Node *head;  
41.     int length;  
42. };  

然后，定义一个linklist.cpp文件，是链表方法的实现。如下所示：

[cpp] view plain copy

1. //linklist.cpp：链表方法的实现。  
2.  #include "stdafx.h"  
3. #include <iostream>  
4. #include "linklist.h"  
5. using namespace std;  
6.   
7. //构造函数  
8. LinkList::LinkList()  
9. {  
10.     head = NULL;  
11.     length = 0;  
12. }  
13.   
14. //析构函数  
15. LinkList::~LinkList()  
16. {  
17.     Node *temp;  
18.     for(int i=0;i<length;i++)  
19.     {  
20.         temp=head;  
21.         head=head->next;  
22.         delete temp;  
23.     }  
24. }  
25.   
26. //得到链表长度  
27. int LinkList::Length()  
28. {  
29.     return length;  
30. }  
31.   
32. //在链表头部插入结点  
33. void LinkList::InsertHead(Info val)  
34. {  
35.     Insert(val,0);  
36. }  
37.   
38. //插入结点  
39. void LinkList::Insert(Info val,int pos)  
40. {  
41.     if(pos<0)  
42.     {  
43.         cout<<"pos must be greater than zero"<<endl;  
44.         return;  
45.     }  
46.     int index = 1;  
47.     Node *temp = head;  
48.     Node *node = new Node(val);  
49.     if(pos == 0)  
50.     {  
51.         node->next = temp;  
52.         head = node;  
53.         length++;  
54.         return;  
55.     }  
56.     while(temp!=NULL && index<pos)  
57.     {  
58.         temp=temp->next;  
59.         index++;  
60.     }  
61.     if(temp == NULL)  
62.     {  
63.         cout<<"Insert failed"<<endl;  
64.         return;  
65.     }  
66.     node->next = temp->next;  
67.     temp->next = node;  
68.     length++;  
69. }  
70.   
71. //删除结点  
72. void LinkList::Remove(Info val)  
73. {  
74.     int pos = Find(val);  
75.     if(pos == -1)  
76.     {  
77.         cout<<"Delete failed"<<endl;  
78.         return;  
79.     }  
80.     if(pos == 1)  
81.     {  
82.         head = head->next;  
83.         length--;  
84.         return;  
85.     }  
86.     int index = 2;  
87.     Node *temp = head;  
88.     while(index < pos)  
89.         temp = temp->next;  
90.     temp->next = temp->next->next;  
91.     length--;  
92. }  
93.   
94. //查找结点位置  
95. int LinkList::Find(Info val)  
96. {  
97.     Node *temp = head;  
98.     int index = 1;  
99.     while(temp!=NULL)  
100.     {  
101.         if(temp->val.name == val.name && temp->val.id == val.id)  
102.             return index;  
103.         temp = temp->next;  
104.         index ++;  
105.     }  
106.     return -1; //不存在返回-1  
107. }  
108.   
109. //链表反序  
110. void LinkList::Reverse()  
111. {  
112.     if(head==NULL)  
113.         return;  
114.     Node *curNode=head,*nextNode=head->next,*temp;  
115.     while(nextNode!=NULL)  
116.     {  
117.         temp=nextNode->next;  
118.         nextNode->next=curNode;  
119.         curNode=nextNode;  
120.         nextNode=temp;  
121.     }  
122.     head->next=NULL;  
123.     head=curNode;  
124. }  
125.   
126. //打印链表  
127. void LinkList::Print()  
128. {  
129.     if(head == NULL)  
130.     {  
131.         cout<<"LinkList is empty"<<endl;  
132.         return;  
133.     }  
134.     Node *temp = head;  
135.     while(temp!=NULL)  
136.     {  
137.         cout<<temp->val.name<<","<<temp->val.id<<endl;  
138.         temp=temp->next;  
139.     }  
140.     cout<<endl;  
141. }  

最后，定义一个main.cpp，用来测试链表功能，如下所示：

[cpp] view plain copy

1. // main.cpp : 测试链表功能。  
2. #include "stdafx.h"  
3. #include <iostream>  
4. #include <string>  
5. #include "linklist.h"  
6. using namespace std;  
7.   
8. int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  
9. {  
10.     LinkList head;  
11.     Info val1,val2,val3,val4;  
12.     val1.id =1,val1.name="Kevin",val2.id=2,val2.name="Cathy",val3.id=3,val3.name="Lucy",val4.id=4,val4.name="Gravin";  
13.       
14.     //测试插入功能  
15.     cout<<"Insert test:"<<endl;  
16.     head.InsertHead(val1);  
17.     head.Print();  
18.     head.Insert(val2,1);  
19.     head.Print();  
20.     head.Insert(val3,4);  
21.     head.Print();  
22.     head.InsertHead(val3);  
23.     head.Insert(val4,2);  
24.     head.Print();  
25.       
26.     //测试反序功能  
27.     cout<<"reverse test:"<<endl;  
28.     head.Reverse();  
29.     cout<<"reversed linklist is:"<<endl;  
30.     head.Print();  
31.       
32.     //测试删除功能  
33.     cout<<"remove test:"<<endl;  
34.     cout<<"the length of linklist is:"<<endl;  
35.     cout<<head.Length()<<endl;  
36.     head.Remove(val4);  
37.     head.Print();  
38.     cout<<"the length of linklist is:"<<endl;  
39.     cout<<head.Length()<<endl;  
40.     head.Remove(val4);  
41.     head.Print();  
42.     return 0;  
43. }  

测试结果如下图：

转自http://www.xuebuyuan.com/1389026.html

在看内核v4l2示例代码driver/media/video/vivi.c时 ，看到list_add_tail()函数，现在对其进行分析：

[cpp] view plain copy

1. <span style="font-size:24px;">struct list_head {  
2.     struct list_head *next, *prev;  
3. };  
4.   
5.  list_add_tail(&buf->vb.queue, &vid->active);  
6. /** 
7.  * list_add_tail - add a new entry 
8.  * @new: new entry to be added 
9.  * @head: list head to add it before 
10.  * 
11.  * Insert a new entry before the specified head. 
12.  * This is useful for implementing queues. 
13.  */  
14. static <span style="color:#3333ff;">__inline__</span> void list_add_tail(struct list_head *_new, struct list_head *head)  
15. {  
16.     <span style="color:#3333ff;">__list_add(_new, head->prev, head);</span>  
17. }  
18.   
19. /* 
20.  * Insert a new entry between two known consecutive entries. 
21.  * 
22.  * This is only for internal list manipulation where we know 
23.  * the prev/next entries already! 
24.  */  
25. static __inline__ void __list_add(struct list_head * _new,  
26.                   struct list_head * prev,  
27.                   struct list_head * next)  
28. {  
29.    <span style="color:#3333ff;"> next->prev = _new;  
30.     _new->next = next;  
31.     _new->prev = prev;  
32.     prev->next = _new;</span>  
33. }  
34. </span>  

很多地方说：这个函数完成的功能就是添加一个新的结点在head的左边，其实不然，它是从右向左在head->priv和head两个节点之间插入_new。

假设刚开始建立链表，只有struct list_head *head，

那么前两句话有用：将next->prev = _new;
                            _new->next = next;

这就是将new节点添加到head 节点的左边，那么接 下来两句没用：   _new->prev = prev;  prev->next = _new;

如果head左边已近有了其他节点，那么调用list_add_tail（）函数后，前边两句的功能一样，都是把新的节点添加在head左边，而后两句就是把新节点添加在原来head之前节点(head->priv)右边，这样就串起来了。

那list_add就反过来，把新的节点添加在head和head之后的节点(head->next)之间；

关于list_add和list_add_tail建立栈和FIFO：

list_add和list_add_tail都是在head两边插入新的节点，所以list_add先插入的节点向右移，head->next是最后插入的节点，list_add_tail先插入的节点向左移，head->next是最先插入的节点；

遍历链表都是从head开始向下，所以用list_add建立的链表先访问的是最后插入的节点，类似于栈；list_add_tail建立的链表先访问的是最先插入的节地点，类似于FIFO。