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详解Redis中的双链表结构

编辑：jimmy
  日期: 2024/12/23 浏览：1 次

Redis中双链表实现的基本结构：
1.节点结构

typedef struct listNode {
  struct listNode *prev; //前向节点
  struct listNode *next; //后向节点
  void *value;       //该节点的值
} listNode;

2.双向链表结构

typedef struct list {
  listNode *head;       //头节点
  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); //匹配函数，查找节点使用
  unsigned long len;     //双向链表的长度即节点的个数
} list;

3.双向链表遍历器

typedef struct listIter {
  listNode *next;  //下一个节点
  int direction;
} listIter;

 方向定义

  #define AL_START_HEAD 0 //向前查找
  #define AL_START_TAIL 1  //向后查找

4.宏定义函数

#define listLength(l) ((l)->len)
#define listFirst(l) ((l)->head)
#define listLast(l) ((l)->tail)
#define listPrevNode(n) ((n)->prev)
#define listNextNode(n) ((n)->next)
#define listNodeValue(n) ((n)->value)

#define listSetDupMethod(l,m) ((l)->dup = (m))
#define listSetFreeMethod(l,m) ((l)->free = (m))
#define listSetMatchMethod(l,m) ((l)->match = (m))

#define listGetDupMethod(l) ((l)->dup)
#define listGetFree(l) ((l)->free)
#define listGetMatchMethod(l) ((l)->match)

5.定义函数

list *listCreate(void); //创建一个新的链表。该链表可以使用AlFree（）方法释放。

               //但使用AlFree（）方法前需要释放用户释放私有节点的值。

               //如果没有创建成功，返回null；创建成功则返回指向新链表的指针。


void listRelease(list *list); //释放整个链表，此函数不会执行失败。调用zfree(list *list)方法,定义在Zmalloc.c中。


list *listAddNodeHead(list *list, void *value); //向链表头部中增加一个节点


list *listAddNodeTail(list *list, void *value);  //向链表尾部增加一个节点


list *listInsertNode(list *list, listNode *old_node, void *value, int after);//向某个节点位置插入节点 after为方向


void listDelNode(list *list, listNode *node);//从链表上删除特定节点，调用者释放特定私用节点的值。

                              //该函数不会执行失败
listIter *listGetIterator(list *list, int direction);//返回某个链表的迭代器。

                                 //迭代器的listNext（）方法会返回链表的下个节点。direction是方向

                                //该函数不会执行失败。


listNode *listNext(listIter *iter);        


void listReleaseIterator(listIter *iter);      //释放迭代器的内存。


list *listDup(list *orig);                //复制整个链表。当内存溢出时返回null，成功时返回原链表的一个备份

                                //不管该方法是否执行成功，原链表不会改变。


listNode *listSearchKey(list *list, void *key); //从特定的链表查找key。成功则返回第一个匹配节点的指针

                                //如果没有匹配，则返回null。


listNode *listIndex(list *list, long index);   //序号从0开始，链表的头的索引为0.1为头节点的下个节点。一次类推。

                            //负整数用来表示从尾部开始计数。-1表示最后一个节点，-2倒数第二个节点

                             //如果超过链表的索引，则返回null


void listRewind(list *list, listIter *li) {
  li->next = list->head;
  li->direction = AL_START_HEAD;
}

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


void listRotate(list *list);         //旋转链表，移除尾节点并插入头部。

list结构和listNode结构的API
list和listNode都有它们自己的一族API，这里贴出来学习一下redis的源码(ps:下面的代码都是我仿照redis改写能直接编译运行的代码)

list *listCreate(void)

  /** 
   * 创建一个新列表 
   * 
   * T = O(1)                                                               
   */ 
  list *listCreate(void) 
  { 
    struct list *list; 
   
    // 为列表结构分配内存 
    list = (struct list *)malloc(sizeof(struct list)); 
    if (list == NULL) 
      return NULL; 
   
    // 初始化属性 
    list->head = list->tail = NULL; 
    list->len = 0; 
    list->dup = NULL; 
    list->free = NULL; 
    list->match = NULL; 
   
    return list; 
  }


void listRelease(list *list)

 

  /** 
   * 释放整个列表 
   * 
   * T = O(N), N为列表长度 
   */ 
  void listRelease(list *list) 
  { 
    unsigned long len; 
    listNode *current, *next; 
   
    current = list->head; 
    len = list->len; 
   
    while (len --) { 
      next = current->next; 
      // 如果列表有自带的free方法，那么先对节点值调用它 
      if (list->free) list->free(current->value); 
      // 之后释放节点 
      free(current); 
      current = next; 
    } 
    free(list); 
  }

list *listAddNodeHead(list *list, void *value) 
  /** 
   * 新建一个包含给定value的节点，并将它加入到列表的表头 
   * 
   * T = O(1)                                                               
   */ 
  list *listAddNodeHead(list *list, void *value) 
  { 
    listNode *node; 
   
    node = (listNode *)malloc(sizeof(listNode)); 
    if (node == NULL) 
      return NULL; 
   
    node->value = value; 
   
    if (list->len == 0) { 
      // 第一个节点 
      list->head = list->tail = node; 
      node->prev = node->next = NULL; 
    } else { 
      // 不是第一个节点 
      node->prev = NULL; 
      node->next = list->head; 
      list->head->prev = node; 
      list->head = node; 
    } 
   
    list->len ++; 
   
    return list; 
  }


list *listAddNodeTail(list *list, void *value)

  /** 
   * 新建一个包含给定value的节点，并把它加入到列表的表尾 
   * 
   * T = O(1) 
   */ 
  list *listAddNodeTail(list *list, void *value) 
  { 
    listNode *node; 
     
    node = (listNode *)malloc(sizeof(listNode)); 
    if (node == NULL) 
      return NULL; 
   
    if (list->len == 0) { 
      // 第一个节点 
      list->head = list->tail = node; 
      node->prev = node->next = NULL; 
    } else { 
      // 不是第一节点 
      node->prev = list->tail; 
      node->next = NULL; 
      list->tail->next = node; 
      list->tail = node; 
    } 
   
    list->len ++; 
   
    return list; 
  }


list *listInsertNode(list *list, listNode *old_node, void *value, int after)

 

  /** 
   * 创建一个包含值value的节点 
   * 并根据after参数的指示，将新节点插入到old_node的之前或者之后 
   * 
   * T = O(1) 
   */ 
  list *listInsertNode(list *list, listNode *old_node, void *value, int after) 
  { 
    listNode *node; 
   
    node = (listNode *)malloc(sizeof(listNode)); 
    if (node == NULL) 
      return NULL; 
   
    if (after) { 
      // 插入到old_node之后 
      node->prev = old_node; 
      node->next = old_node->next; 
      // 处理表尾节点 
      if (list->tail == old_node) { 
        list->tail = node; 
      } 
    } else { 
      // 插入到old_node之前 
      node->next = old_node; 
      node->prev = old_node->prev; 
      // 处理表头节点 
      if (list->head == old_node) { 
        list->head = node; 
      } 
    } 
   
    // 更新前置节点和后继节点的指针(这个地方很经典，节约代码) 
    if (node->prev != NULL) { 
      node->prev->next = node; 
    } 
    if (node->next != NULL) { 
      node->next->prev = node; 
    } 
   
    // 更新列表节点 
    list->len ++; 
   
    return list; 
  }


void listDelNode(list *list, listNode *node)

  

 /** 
   * 释放列表中给定的节点 
   * 
   * T = O(1) 
   */ 
  void listDelNode(list *list, listNode *node) 
  { 
    // 处理前驱节点指针 
    if (node->prev) { 
      node->prev->next = node->next; 
    } else { 
      list->head = node->next; 
    } 
   
    // 处理后继节点 
    if (node->next) { 
      node->next->prev = node->prev; 
    } else { 
      list->tail = node->prev; 
    } 
   
    // 释放节点值 
    if (list->free) list->free(node->value); 
   
    // 释放节点 
    free(node); 
   
    // 更新列表节点数目 
    list->len --; 
  }


迭代器
其实我对迭代器的概念非常陌生，因为我是纯c程序员，不会c++，这里直接跟着学了！

Redis针对list结构实现了一个迭代器，用于对链表进行遍历

迭代器的结构定义如下：

  /** 
   * 链表迭代器 
   */ 
  typedef struct listIter { 
    // 下一节点 
    listNode *next; 
   
    // 迭代方向 
    int direction; 
  } listIter;


direction决定了迭代器是沿着next指针向后迭代，还是沿着prev指针向前迭代，这个值可以是adlist.h中的AL_START_HEAD常量或AL_START_TAIL常量：

  #define AL_START_HEAD 0 
  #define AL_START_TAIL 1


学习一下迭代器的api实现：

listIter *listGetIterator(list *list, int direction)

  /** 
   * 创建列表list的一个迭代器，迭代方向由参数direction决定 
   * 
   * 每次对迭代器listNext(),迭代器返回列表的下一个节点 
   * 
   * T = O(1) 
   */ 
  listIter *listGetIterator(list *list, int direction) 
  { 
    listIter *iter; 
   
    iter = (listIter *)malloc(sizeof(listIter)); 
    if (iter == NULL) 
      return NULL; 
   
    // 根据迭代器的方向，将迭代器的指针指向表头或者表尾 
    if (direction == AL_START_HEAD) { 
      iter->next = list->head; 
    } else { 
      iter->next = list->tail; 
    } 
   
    // 记录方向 
    iter->direction = direction; 
   
    return iter; 
  }


void listRewind(list *list, listIter *li)

  /** 
   * 将迭代器iter的迭代指针倒回list的表头 
   * 
   * T = O(1) 
   */ 
  void listRewind(list *list, listIter *li) 
  { 
    li->next = list->head; 
    li->direction = AL_START_HEAD; 
  }


void listRewindTail(list *list, listIter *li)

  /** 
   * 将迭代器iter的迭代指针倒回list的表尾 
   * 
   * T = O(1) 
   */ 
  void listRewindTail(list *list, listIter *li) 
  { 
    li->next = list->tail; 
    li->direction = AL_START_TAIL; 
  }


listNode *listNext(listIter *iter)

  /** 
   * 函数要么返回当前节点，要么返回NULL，因此，常见的用法是： 
   * iter = listGetIterator(list, <direction>); 
   * while ((node = listNext(iter)) != NULL) { 
   *   doSomethingWith(listNodeValue(node)); 
   * } 
   * 
   * T = O(1) 
   */ 
  listNode *listNext(listIter *iter) 
  { 
    listNode *current = iter->next; 
   
    if (current != NULL) { 
      // 根据迭代方向，选择节点 
      if (iter->direction == AL_START_HEAD) 
        iter->next = current->next; 
      else 
        iter->next = current->prev; 
    } 
   
    return current; 
  }

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