【Redis】对通用双向链表实现的理解

Redis实现的双向链表还是比较容易看得懂的，其实现的原理很经典, 代码很整洁清晰。 以下是对其源码注释的翻译及本人见解的部分说明，如有偏颇欢迎指正: /* adlist.h - 通用双向链表的实现*/#ifndef __ADLIST_H__#define __ADLIST_H__/* 目前的数据结构只使用

Redis实现的双向链表还是比较容易看得懂的，其实现的原理很经典, 代码很整洁清晰。

以下是对其源码注释的翻译及本人见解的部分说明，如有偏颇欢迎指正:

/* adlist.h - 通用双向链表的实现*/

#ifndef __ADLIST_H__
#define __ADLIST_H__

/* 目前的数据结构只使用了Node, List, and Iterator. */

/* list节点*/
typedef struct listNode {
    struct listNode *prev;        // 前向指针
    struct listNode *next;        // 后向指针
    void *value;                  // 当前节点值
} listNode;

/* list迭代器*/
typedef struct listIter {
    listNode *next;               // 节点指针
    int direction;                // 迭代方向 
} listIter;

/*链表结构*/
typedef struct list {
    listNode *head;                           // 头结点
    listNode *tail;                           // 尾节点
    void *(*dup)(void *ptr);                  // 复制函数
    void (*free)(void *ptr);                  // 释放函数
    int (*match)(void *ptr, void *key);       // 匹对函数
    unsigned long len;                        // 节点数量
} list;

/* 函数宏定义 */
#define listLength(l) ((l)->len)                       // 链表长度
#define listFirst(l) ((l)->head)                       // 链表头节点
#define listLast(l) ((l)->tail)                        // 链表末节点
#define listPrevNode(n) ((n)->prev)                    // 指定节点的前驱节点
#define listNextNode(n) ((n)->next)                    // 指定节点的后继节点
#define listNodeValue(n) ((n)->value)                  // 指定节点的值

/* 函数指针, 设置外部调用模块的自定义的方法 */
#define listSetDupMethod(l,m) ((l)->dup = (m))         // 复制链表
#define listSetFreeMethod(l,m) ((l)->free = (m))       // 释放链表
#define listSetMatchMethod(l,m) ((l)->match = (m))     // 匹配

/* 函数指针, 获取外部调用模块的自定义的方法 */
#define listGetDupMethod(l) ((l)->dup)                      // 获取复制的自定义方法
#define listGetFree(l) ((l)->free)                          // 获取释放的自定义方法
#define listGetMatchMethod(l) ((l)->match)                  // 获取匹配的自定义方法

/* 函数原型 */
list *listCreate(void);                                                               // 创建链表
void listRelease(list *list);                                                         // 释放链表
list *listAddNodeHead(list *list, void *value);                                       // 在表头添加节点
list *listAddNodeTail(list *list, void *value);                                       // 在表尾添加节点
list *listInsertNode(list *list, listNode *old_node, void *value, int after);         // 在指定位置之后添加节点
void listDelNode(list *list, listNode *node);                                         // 删除节点
listIter *listGetIterator(list *list, int direction);                                 // 获取列表迭代器
listNode *listNext(listIter *iter);                                                   // 获取下一个节点
void listReleaseIterator(listIter *iter);                                             // 释放列表迭代器
list *listDup(list *orig);                                                            // 复制链表
listNode *listSearchKey(list *list, void *key);                                       // 给定key查找节点
listNode *listIndex(list *list, long index);                                          // 给定index查找节点
void listRewind(list *list, listIter *li);                                            // 迭代器指针重新指向头节点
void listRewindTail(list *list, listIter *li);                                        // 迭代器指针重新指向末节点
void listRotate(list *list);                                                          // 链表翻转, 末节点移动成为头节点

/* 迭代器的迭代方向 */
#define AL_START_HEAD 0
#define AL_START_TAIL 1

#endif /* __ADLIST_H__ */

/* adlist.c - 通用双向链表的实现 */

#include 
#include "adlist.h"
#include "zmalloc.h"

/* 创建新链表. 新建的链表可以用函数
* AlFreeList()来释放, 但调用此函数之前需要要应用手动释放对每个节点的私有值空间
*
* 出现错误则返回NULL，否则返回指向该list的指针*/
list *listCreate(void)
{
    struct list *list;

    if ((list = zmalloc(sizeof(*list))) == NULL)       // 用了在malloc之上封装的zmalloc来申请内存
        return NULL;
    list->head = list->tail = NULL;
    list->len = 0;
    list->dup = NULL;
    list->free = NULL;
    list->match = NULL;
    return list;
}

/* 释放链表，该方法不能失败.
*
 */
void listRelease(list *list)
{
    unsigned long len;
    listNode *current, *next;

    current = list->head;
    len = list->len;
    while(len--) {
        next = current->next;
        if (list->free) list->free(current->value);   // 每个节点指向的空间都会被释放
        zfree(current);       // zfree基于系统函数free上的封装                                
        current = next;
    }
    zfree(list);
}

/* 把包含指针指向的值的节点插入链表头部
*
* 如发生错误,将返回NULL并且不对链表进行任何操作,
*
* 如成功则返回该链表指针.*/
list *listAddNodeHead(list *list, void *value)
{
    listNode *node;
    if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL)
        return NULL;
    node->value = value;
    if (list->len == 0) {
        list->head = list->tail = node;
        node->prev = node->next = NULL;
    } else {
        node->prev = NULL;
        node->next = list->head;
        list->head->prev = node;
        list->head = node;
    }
    list->len++;
    return list;
}

/* 把包含指针指向的值的节点插入链表尾部，

* 如发生错误,将返回NULL并且不对链表进行任何操作,
*
* 如成功则返回该链表指针.*/
list *listAddNodeTail(list *list, void *value)
{
    listNode *node;
    if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL)
        return NULL;
    node->value = value;
    if (list->len == 0) {
        list->head = list->tail = node;
        node->prev = node->next = NULL;
    } else {
        node->prev = list->tail;
        node->next = NULL;
        list->tail->next = node;
        list->tail = node;
    }
    list->len++;
    return list;
}

/* 把新节点插入链表某个节点的前或后，
* 如发生错误,将返回NULL并且不对链表进行任何操作,
*
* 如成功则返回该链表指针.*/
list *listInsertNode(list *list, listNode *old_node, void *value, int after) {
    listNode *node;

    if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL)
        return NULL;
    node->value = value;
    if (after) {                          // after!=0则表示节点插入的位置在旧节点之后，否则在其之前
        node->prev = old_node;
        node->next = old_node->next;
        if (list->tail == old_node) {
            list->tail = node;
        }
    } else {
        node->next = old_node;
        node->prev = old_node->prev;
        if (list->head == old_node) {
            list->head = node;
        }
    }
    if (node->prev != NULL) {
        node->prev->next = node;
    }
    if (node->next != NULL) {
        node->next->prev = node;
    }
    list->len++;
    return list;
}

/* 从链表中删除某个节点.
* 会调用底层函数把节点的空间释放.
*
* 该方法不能失败. */
void listDelNode(list *list, listNode *node)
{
    if (node->prev)
        node->prev->next = node->next;
    else
        list->head = node->next;
    if (node->next)
        node->next->prev = node->prev;
    else
        list->tail = node->prev;
    if (list->free) list->free(node->value);
    zfree(node);
    list->len--;
}

/* 获取迭代器对象'iter'. 在初始化之后
*每次调用listNext()都会返回链表的下一个元素.
*
* 该方法不能失败. */
listIter *listGetIterator(list *list, int direction)
{
    listIter *iter;

    if ((iter = zmalloc(sizeof(*iter))) == NULL) return NULL;
    if (direction == AL_START_HEAD)
        iter->next = list->head;
    else
        iter->next = list->tail;
        iter->direction = direction;
    return iter;
}

/* 释放迭代器对象的空间 */
void listReleaseIterator(listIter *iter) {
    zfree(iter);
}

/* 将迭代器指针重新指向表头 */
void listRewind(list *list, listIter *li) {
    li->next = list->head;
    li->direction = AL_START_HEAD;
}

/* 将迭代器指针重新指向表尾 */

void listRewindTail(list *list, listIter *li){
    li->next = list->tail;
    li->direction = AL_START_TAIL;
}

/* 获取迭代器的下一个元素.
* 可以通过listDelNode()方法来删除当前返回的节点,但不能删除其他的节点。
*
* 如果成功则返回迭代器的下一个元素,否则返回NULL;
* 因此推荐以下这样使用:
*
* iter = listGetIterator(list,);
* while ((node = listNext(iter)) != NULL) {
* doSomethingWith(listNodeValue(node));
* }
*
* */
listNode *listNext(listIter *iter)
{
    listNode *current = iter->next;

    if (current != NULL) {
        if (iter->direction == AL_START_HEAD)
        iter->next = current->next;
    else
        iter->next = current->prev;
    }
    return current;
}

/* 复制整个链表. 
* 成功则返回复制的链表指针，否则返回NULL.
*
* 复制的方法通过listSetDupMethod()来指定，
* 如果没有指定dup方法则会完整拷贝原始节点的值.
*
* 原始链表不会给更改. */
list *listDup(list *orig)       // 有个疑问: 既然需要保持原始链表的不被修改，为什么不加const修饰?
{
    list *copy;
    listIter *iter;
    listNode *node;

    if ((copy = listCreate()) == NULL)
        return NULL;
    copy->dup = orig->dup;
    copy->free = orig->free;
    copy->match = orig->match;
    iter = listGetIterator(orig, AL_START_HEAD);
    while((node = listNext(iter)) != NULL) {
        void *value;

        if (copy->dup) {
            value = copy->dup(node->value);
            if (value == NULL) {
                listRelease(copy);
                listReleaseIterator(iter);
                return NULL;
            }
        } else
            value = node->value;
        if (listAddNodeTail(copy, value) == NULL) {
            listRelease(copy);
            listReleaseIterator(iter);
            return NULL;
        }
    }

    listReleaseIterator(iter);

    return copy;
}

/* 通过指定key来查找节点.
* 查找节点的匹配方法可以通过listSetMatchMethod()来指定. 
* 如果外部调用模块没有指定匹配方法, 则直接比较key值和链表中节点指针指向的值.
*
* 如果正常将返回第一个匹配的节点指针，如果找不到匹配元素则返回NULL. */
listNode *listSearchKey(list *list, void *key)
{
    listIter *iter;
    listNode *node;

    iter = listGetIterator(list, AL_START_HEAD);
    while((node = listNext(iter)) != NULL) {
        if (list->match) {                                       // 使用自定义的match方法
            if (list->match(node->value, key)) {
                listReleaseIterator(iter);
                return node;
            }
        } else {                                                     // 直接比较值
            if (key == node->value) {
                listReleaseIterator(iter);
                return node;
            }
        }
    }
    listReleaseIterator(iter);   // 释放iter对象
    return NULL;
}

/* 根据index来获取元素。
* 如果传入index为非负值，说明为正向迭代： 0为头节点,1为下一个节点，以此类推.
* 如果为负值，则说明为反向迭代: -1为尾节点, -2为倒数第二个节点, 以此类推
* 如果index越界则返回NULL. */
listNode *listIndex(list *list, long index) {
    listNode *n;

    if (index tail;
        while(index-- && n) n = n->prev;
    } else {
        n = list->head;
        while(index-- && n) n = n->next;
    }
    return n;
}

/* 翻转链表, 将尾节点插入到链表头. */
void listRotate(list *list) {
    listNode *tail = list->tail;

    if (listLength(list) tail = tail->prev;
    list->tail->next = NULL;
    /* 将末节点插入链表头 */
    list->head->prev = tail;
    tail->prev = NULL;
    tail->next = list->head;
    list->head = tail;
}

有两点还需要继续了解:

1)既然源码中list空间的创建及销毁是通过zmalloc模块的zmalloc和zfree来完成, zmalloc又是怎么实现的呢?

2)很好奇这么多对象指针都没有const作为限制, 是什么原因可以省略了它呢?