详解Redis中的双链表结构

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;
}