Redis研究-3.1 数据结构之链表
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会飞的杨先生 发表于2年前
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摘要: 数据结构 链表 双链表 Redis 方法 算法 数组

我们知道,数据结构中,链表的最大好处就是能高效的实现动态增、删、改,缺点就是遍历访问比较慢,因此,在Redis中,很多功能的底层实现都是基于链表的,因为Redis是基于C语言来写的,所以只能自己实现自己的链表结构。对于一个常规的双向链表节点,我们通常使用下面的方式来定义:

typedef struct Node{
   void *value;
   struct Node *prev;
   struct Node *next;
}Node;



Redis中,在adlist.h中也是这样子定义的

typedef struct listNode {

    // 前置节点
    struct listNode *prev;

    // 后置节点
    struct listNode *next;

    // 节点的值
    void *value;

} listNode;



 

上面的node定义就是链表的每个元素了。在Redis中,同时定义了一个双向链表,并给这个链表定义了三个操作函数(方法):

typedef struct list {

    // 表头节点
    listNode *head;

    // 表尾节点
    listNode *tail;

    // 节点值复制函数
    void *(*dup)(void *ptr);

    // 节点值释放函数
    void (*free)(void *ptr);

    // 节点值对比函数
    int (*match)(void *ptr, void *key);

    // 链表所包含的节点数量
    unsigned long len;

} list;



同时,也定义了一个双向链表的迭代器

typedef struct listIter {

    // 当前迭代到的节点
    listNode *next;

    // 迭代的方向,有从头到尾,也有从尾到头的方向
    int direction;

} listIter;



 

看到了上面的双向节点,我们可能会问在Redis中,他是采用有环的链表呢还是无环链表?我们以后的功能来看,因为要实现有环的链表只需要使用list的head的prev不为NULL、tail的next不为NULL即可实现。

在adlist.h中,同时定义了一堆宏,用来实现简单的函数功能

// 返回给定链表所包含的节点数量
#define listLength(l) ((l)->len)
// 返回给定链表的表头节点
#define listFirst(l) ((l)->head)
// 返回给定链表的表尾节点
#define listLast(l) ((l)->tail)
// 返回给定节点的前置节点
#define listPrevNode(n) ((n)->prev)
// 返回给定节点的后置节点
#define listNextNode(n) ((n)->next)
// 返回给定节点的值
#define listNodeValue(n) ((n)->value)

// 将链表 l 的值复制函数设置为 m
#define listSetDupMethod(l,m) ((l)->dup = (m))
// 将链表 l 的值释放函数设置为 m
#define listSetFreeMethod(l,m) ((l)->free = (m))
// 将链表的对比函数设置为 m
#define listSetMatchMethod(l,m) ((l)->match = (m))

// 返回给定链表的值复制函数
#define listGetDupMethod(l) ((l)->dup)
// 返回给定链表的值释放函数
#define listGetFree(l) ((l)->free)
// 返回给定链表的值对比函数
#define listGetMatchMethod(l) ((l)->match)


上面定义了基本的获取一个链表的常规属性的函数(宏),根据我们对一个数据结构的常用操作方式,下面就应该是定义创建、初始化、增加、删除等的方法(函数)了。

 


//创建一个新列表
list *listCreate(void)
{
    struct list *list;

    // 分配内存
    if ((list = zmalloc(sizeof(*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;
}
//释放整个链表以及链表里面的节点
void listRelease(list *list)
{
    unsigned long len;
    listNode *current, *next;

    // 指向头指针,我对于这里的写法,总会觉得有问题,加入list==NULL呢?
    current = list->head;
    // 遍历整个链表
    len = list->len;
    while(len--) {
        next = current->next;

        // 如果有设置值释放函数,那么调用它
        if (list->free) list->free(current->value);

        // 释放节点结构
        zfree(current);

        current = next;
    }

    // 释放链表结构
    zfree(list);
}



//用一个指定的value值创建一个node加入到list的头部
list *listAddNodeHead(list *list, void *value)
{
    listNode *node;

    // 为节点分配内存
    if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL)
        return NULL;

    // 保存值指针
    node->value = value;

    // 添加节点到空链表
    if (list->len == 0) {
        list->head = list->tail = node;
        node->prev = node->next = NULL;
    // 添加节点到非空链表
    } else {
        node->prev = NULL;
        node->next = list->head;
        list->head->prev = node;
        list->head = node;
    }

    // 更新链表节点数
    list->len++;

    return list;
}



//用一个指定的value来创建node,并加到list的末尾
list *listAddNodeTail(list *list, void *value)
{
    listNode *node;

    // 为新节点分配内存
    if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL)
        return NULL;

    // 保存值指针
    node->value = value;

    // 目标链表为空
    if (list->len == 0) {
        list->head = list->tail = node;
        node->prev = node->next = NULL;
    // 目标链表非空
    } else {
        node->prev = list->tail;
        node->next = NULL;
        list->tail->next = node;
        list->tail = node;
    }

    // 更新链表节点数
    list->len++;

    return list;
}





//用指定的value来创建一个node,并根据传入的after参数来判断是要添加到指定的节点之前还是之后
list *listInsertNode(list *list, listNode *old_node, void *value, int after) {
    listNode *node;

    // 创建新节点
    if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL)
        return NULL;

    // 保存值
    node->value = value;

    // 将新节点添加到给定节点之后
    if (after) {
        node->prev = old_node;
        node->next = old_node->next;
        // 给定节点是原表尾节点
        if (list->tail == old_node) {
            list->tail = node;
        }
    // 将新节点添加到给定节点之前
    } else {
        node->next = old_node;
        node->prev = old_node->prev;
        // 给定节点是原表头节点
        if (list->head == old_node) {
            list->head = node;
        }
    }

    // 更新新节点的前置指针
    if (node->prev != NULL) {
        node->prev->next = node;
    }
    // 更新新节点的后置指针
    if (node->next != NULL) {
        node->next->prev = node;
    }

    // 更新链表节点数
    list->len++;

    return list;
}

//从list中删除指定的node
void listDelNode(list *list, listNode *node)
{
    // 调整前置节点的指针,我在用java来编写程序的时候,特别害怕这种写法,因为遇到空指针的时候,这里一定会报错,所以,下面的node是否应该先要判断是否为空
    if (node->prev)
        node->prev->next = node->next;
    else
        list->head = node->next;

    // 调整后置节点的指针
    if (node->next)
        node->next->prev = node->prev;
    else
        list->tail = node->prev;

    // 释放值
    if (list->free) list->free(node->value);

    // 释放节点
    zfree(node);

    // 链表数减一
    list->len--;
}



//为特定的list创建迭代器
listIter *listGetIterator(list *list, int direction)
{
    // 为迭代器分配内存
    listIter *iter;
    if ((iter = zmalloc(sizeof(*iter))) == NULL) return NULL;

    // 根据迭代方向,设置迭代器的起始节点
    if (direction == AL_START_HEAD)//这里的AL_START_HEAD==0
        iter->next = list->head;
    else
        iter->next = list->tail;

    // 记录迭代方向
    iter->direction = direction;

    return iter;
}


//获得迭代器当前的节点,因为返回的都是指针,所以,是可以改变的
listNode *listNext(listIter *iter)
{
    listNode *current = iter->next;

    if (current != NULL) {
        // 根据方向选择下一个节点
        if (iter->direction == AL_START_HEAD)
            // 保存下一个节点,防止当前节点被删除而造成指针丢失
            iter->next = current->next;
        else
            // 保存下一个节点,防止当前节点被删除而造成指针丢失
            iter->next = current->prev;
    }

    return current;
}

//释放迭代器
void listReleaseIterator(listIter *iter) {
    zfree(iter);
}





//复制整个list,需要注意的是,如果原始的list的dup属性为空,那么,前后两个list会共享节点的指针,因此,要特别小心
list *listDup(list *orig)
{
    list *copy;
    listIter *iter;
    listNode *node;

    // 创建新链表
    if ((copy = listCreate()) == NULL)
        return NULL;

    // 设置节点值处理函数
    copy->dup = orig->dup;
    copy->free = orig->free;
    copy->match = orig->match;

    // 迭代整个输入链表
    iter = listGetIterator(orig, AL_START_HEAD);
    while((node = listNext(iter)) != NULL) {
        void *value;

        // 复制节点值到新节点
        if (copy->dup) {
            value = copy->dup(node->value);
            if (value == NULL) {
                listRelease(copy);
                listReleaseIterator(iter);
                return NULL;
            }
        } else
            value = node->value;

        // 将节点添加到链表
        if (listAddNodeTail(copy, value) == NULL) {
            listRelease(copy);
            listReleaseIterator(iter);
            return NULL;
        }
    }

    // 释放迭代器
    listReleaseIterator(iter);

    // 返回副本
    return copy;
}




//在列表中寻找第一次出现指定key的节点,需要注意的是,如果在list中的节点的match函数为空,那么就直接比较value的指针,找到了第一个就返回,找不到就返回为NULL
listNode *listSearchKey(list *list, void *key)
{
    listIter *iter;
    listNode *node;

    // 迭代整个链表
    iter = listGetIterator(list, AL_START_HEAD);
    while((node = listNext(iter)) != NULL) {
        
        // 对比
        if (list->match) {
            if (list->match(node->value, key)) {
                listReleaseIterator(iter);
                // 找到
                return node;
            }
        } else {
            if (key == node->value) {
                listReleaseIterator(iter);
                // 找到
                return node;
            }
        }
    }
    
    listReleaseIterator(iter);

    // 未找到
    return NULL;
}
//查找list中指定索引的节点,节点可以为正数,也可以是负数,当为负数的时候,-1代表list的tail,依次类推,如果不为负数,那么,索引就是从0开始的
listNode *listIndex(list *list, long index) {
    listNode *n;

    // 如果索引为负数,从表尾开始查找
    if (index < 0) {
        index = (-index)-1;
        n = list->tail;
        while(index-- && n) n = n->prev;
    // 如果索引为正数,从表头开始查找
    } else {
        n = list->head;
        while(index-- && n) n = n->next;
    }

    return n;
}

 

 

接下来的两个函数,根据名字就可以看出来,倒回,什么意思呢?就是讲list的迭代器的

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

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



接下来的这个函数,总觉得名字和他实现的内容不匹配,这个函数要实现的是将链表的tail挪成list的head。

void listRotate(list *list) {
    listNode *tail = list->tail;

    if (listLength(list) <= 1) return;

    /* Detach current tail */
    // 取出表尾节点
    list->tail = tail->prev;
    list->tail->next = NULL;

    /* Move it as head */
    // 插入到表头
    list->head->prev = tail;
    tail->prev = NULL;
    tail->next = list->head;
    list->head = tail;
}


好了,Redis的List基本就是这样子啦

 

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