Linux内核中链表的实现
发布时间：2011/4/25 14:56:54 来源：城市学习网 编辑：ziteng
内核中链表O(1)的添加、删除操作
Linux内核中标准链表实现上采用的是环形双向链表。链表结构的定义在<linux/list.h>中，
struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
}
在内核中，链表中的任何一个节点都可以作为头节点，从另外一个角度而言，也就是说，链表中没有头节点。
（1） 由于是双向链表，所以链表很容易实现向前或向后访问
（2） 由于是环形链表，所以我们很容易从任意一个节点开始遍历整个链表
（3） 由于是双向环形链表，我们很容易实现O(1)的链表添加、删除操作
链表的插入
/*
* Insert a new entry between two known consecutive entries.
*
* This is only for internal list manipulation where we know
* the prev/next entries already!
*/
static inline void __list_add(struct list_head *new,
struct list_head *prev,
struct list_head *next)
{
next->prev = new;
new->next = next;
new->prev = prev;
prev->next = new;
}
已知插入的位置，只需进行四次赋值就可完成链表元素的插入
双向链表的使用一般支持节点的前向插入和后向插入，通过上述__list_add我们都可以实现，例如，对于特定的头节点struct list_head *head，前向插入可以通过
__list_add(new, head->prev, head)
实现，后向插入可以通过
__list_add(new, head, head->next)
实现
链表的删除
/*
* Delete a list entry by making the prev/next entries
* point to each other.
*
* This is only for internal list manipulation where we know
* the prev/next entries already!
*/
static inline void __list_del(struct list_head * prev, struct list_head * next)
{
next->prev = prev;
prev->next = next;
}
显然，上述插入和删除操作显然是O(1)的。
实际上，对于单项链表，我们也能够实现O(1)的插入和删除操作的
假设单向链表的定义为
struct list_node {
int data;
struct list_node *next;
}
对于单向链表，一般为了操作方便，会加上一个链表头，链表头指向链表的第一个元素，当链表头的next指针为0时，链表为空。
对于上述定义的单向链表，我们O(1)的插入和删除操作实现如下：
/*Insert a new node before specified node*/
static inline void __list_add(struct list_node *new,
struct list_node *node)
{
int tmp = node->data;
node->data = new->data;
new->data = tmp;
new->next = node->next;
node->next = new;
}
前向插入的难点在于单向链表中我们无法以O(1)的代价得到当前节点的前一个节点，但如果我们将new和node的内容交换以后，问题变成了在node后向插入一个节点，这个问题就会很简单。
删除操作
static inline void __list_del(struct list_node *head,
struct list_node *node)
{
if (head == node){
return;
}else if (node->next == 0){
struct list_node *tmp = head;
while (tmp->next != node){
tmp = tmp->next;
}
tmp->next = 0;
} else {
struct list_node *tmp = node->next;
node->data = tmp->data;
node->next = tmp->next;
free_node(tmp);
}
}
上述代码中，当被删除节点不是链表尾节点时，我们只需将被删除节点的后一个节点拷贝到被删除节点，然后释放掉后一个节点即可；当被删除节点是链表尾节点时，由于我们必须重置被删除节点的前一个节点的next指针为空，因此需要从头遍历链表。
删除操作的复杂度分析可以这样来做：假设链表的长度为n，当删除的是第1至n-1个节点时，需要查找n-1次（每个节点各超找一次），当删除的是第n个节点时，需要查找n-1次，所以平均的查找次数为(2*(n-1))/n，可以看出，平均计算复杂度仍然是O(1)。
