Linux queue.h之TAILQ队列分析

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这两天想看看memcached的实现,所以先学习了libevent,使用起来还是比较简单的,其实是对select/poll/kqueue等的封装,学习libevent过程中又遇到了linux下队列的使用,简单分析如下,权当做记录: 

libevent中的例子中使用的是FreeBSD下的queue.h,在linux的/usr/include/sys/queue.h也有该头文件,但是是一个缩减版本,而且没有看到queue 的access method,不知道是不是跟我们的linux服务器版本有关,没办法google了一下,找到了FreeBSD 下queue.h的定义,我们看一下tail queue的定义 

C代码  收藏代码
  1. #define TAILQ_HEAD(name, type)                
  2. struct name {                         
  3.     struct type *tqh_first; /* first element */   
  4.     struct type **tqh_last; /* addr of last next element */  
  5. }  
  6.   
  7. #define TAILQ_ENTRY(type)                     
  8. struct {                              
  9.     struct type *tqe_next;  /* next element */        
  10.     struct type **tqe_prev;/* addr of previous next element*/   
  11. }                                                                  
  12.   
  13. #define TAILQ_INIT(head) do {                 
  14.     (head)->tqh_first = NULL;                  
  15.     (head)->tqh_last = &(head)->tqh_first;          
  16. } while (0)  
  17.   
  18. #define TAILQ_INSERT_TAIL(head, elm, field) do {          
  19.     (elm)->field.tqe_next = NULL;              
  20.     (elm)->field.tqe_prev = (head)->tqh_last;       
  21.     *(head)->tqh_last = (elm);                 
  22.     (head)->tqh_last = &(elm)->field.tqe_next;          
  23. } while (0)  
  24.   
  25. #define TAILQ_INSERT_BEFORE(listelm, elm, field) do {         
  26.     (elm)->field.tqe_prev = (listelm)->field.tqe_prev;      
  27.     (elm)->field.tqe_next = (listelm);             
  28.     *(listelm)->field.tqe_prev = (elm);            
  29.     (listelm)->field.tqe_prev = &(elm)->field.tqe_next;     
  30. } while (0)  
  31. #define TAILQ_FIRST(head)       ((head)->tqh_first)  
  32.   
  33. #define TAILQ_NEXT(elm, field)      ((elm)->field.tqe_next)  
  34. ....  


我们就先分析上面的这些定义,先看个应用的例子 

C代码  收藏代码
  1. #include <stdio.h>  
  2. #include <stdlib.h>  
  3. #include "queue.h"  
  4.   
  5. struct QUEUE_ITEM{  
  6.     int value;  
  7.     TAILQ_ENTRY(QUEUE_ITEM) entries;  
  8. };  
  9. TAILQ_HEAD(,QUEUE_ITEM) queue_head;  
  10. int main(int argc,char **argv){  
  11.     struct QUEUE_ITEM *item;  
  12.     struct QUEUE_ITEM *tmp_item;  
  13.   
  14.     TAILQ_INIT(&queue_head);  
  15.     int i=0;  
  16.     for(i=5;i<10;i+=2){  
  17.         item=malloc(sizeof(item));  
  18.         item->value=i;  
  19.         TAILQ_INSERT_TAIL(&queue_head, item, entries);  
  20.     }  
  21.       
  22.     struct QUEUE_ITEM *ins_item;  
  23.     ins_item=malloc(sizeof(ins_item));  
  24.   
  25.     ins_item->value=100;  
  26.     TAILQ_INSERT_BEFORE(item,ins_item,entries);  
  27.   
  28.   
  29.     tmp_item=TAILQ_FIRST(&queue_head);  
  30.     printf("first element is %d ",tmp_item->value);  
  31.   
  32.     tmp_item=TAILQ_NEXT(tmp_item,entries);  
  33.     printf("next element is %d ",tmp_item->value);  
  34.   
  35.     tmp_item=TAILQ_NEXT(tmp_item,entries);  
  36.     printf("next element is %d ",tmp_item->value);  
  37.   
  38.     tmp_item=TAILQ_NEXT(tmp_item,entries);  
  39.     printf("next element is %d ",tmp_item->value);  
  40.   
  41. }  


结果: 
Java代码  收藏代码
  1. first element is 5  
  2. next element is 7  
  3. next element is 100  
  4. next element is 9  


分析: 
QUEUE_ITEM 是我们定义的存放在队列里的东东,简单起见只包括一个int值 
TAILQ_ENTRY(QUEUE_ITEM) entries 主要是存放下一个对象和前一个对象的指针,具体见 header 
  
根据头文件进行宏替换后,实际我们声明的是这样的结构: 

C代码  收藏代码
  1.  struct QUEUE_ITEM{  
  2.     int value;  
  3.         struct {              
  4.             struct QUEUE_ITEM *tqe_next;      
  5.         struct QUEUE_ITEM **tqe_prev;  
  6.         }entries;  
  7. };  
  8.    


TAILQ_HEAD(,QUEUE_ITEM) queue_head; 实际是 
C代码  收藏代码
  1. struct {                  
  2.     struct QUEUE_ITEM *tqh_first;     
  3.     struct QUEUE_ITEM **tqh_last;     
  4. }queue_head;  


接着我们定义了QUEUE_ITEM的两个指针变量item和tmp_item 

TAILQ_INIT(&queue_head); 相当于是 
C代码  收藏代码
  1. do {  
  2.     (&queue_head)->tqh_first = NULL;               
  3.     (&queue_head)->tqh_last = &(&queue_head)->tqh_first;        
  4. } while (0);  

head的初始化如 下图1 

接着我们通过循环分配了几个元素,并赋值 
C代码  收藏代码
  1. TAILQ_INSERT_TAIL(&queue_head, item, entries); 相当于执行  
  2.   
  3. do {  
  4.     (item)->entries.tqe_next = NULL;   
  5.     (item)->entries.tqe_prev = (&queue_head)->tqh_last;             
  6.     *(&queue_head)->tqh_last = (item);                     
  7.     (&queue_head)->tqh_last = &(item)->entries.tqe_next;            
  8. } while (0);  

也就是我们的循环执行下面代码段,结果分析见图2,3 
C代码  收藏代码
  1. for(i=5;i<10;i+=2){  
  2.     item=malloc(sizeof(item));  
  3.     item->value=i;  
  4.     do {  
  5.         (item)->entries.tqe_next = NULL;  
  6.         //首次执行相当于item->entries.tqe_prev=&(&queue_head)->tqh_first  
  7.         //以后执行相当于是(item)->entries.tqe_prev=&(前一个item)->entries.tqe_next;  
  8.         (item)->entries.tqe_prev = (&queue_head)->tqh_last;  
  9.         //首次执行相当于(&queue_head)->tqh_first=item  
  10.         //以后执行相当于是(前一个item)->entries.tqe_next=当前item  
  11.         *(&queue_head)->tqh_last = (item);  
  12.         (&queue_head)->tqh_last = &(item)->entries.tqe_next;  
  13.     } while (0);  
  14. }  

C代码  收藏代码
  1. 最终建立的链表结构如图,下面看一下insert操作,经过宏替换后代码如下  
  2.   
  3. struct QUEUE_ITEM *ins_item;  
  4. ins_item=malloc(sizeof(ins_item));  
  5. ins_item->value=100;  
  6.   
  7. do {  
  8.     (ins_item)->entries.tqe_prev = (item)->entries.tqe_prev;  
  9.     (ins_item)->entries.tqe_next = (item);  
  10.     //这句话体现了TAILQ的特色,tqe_prev是前一个元素的下个元素地址,  
  11.     //所以正好应该是当前插入item的地址  
  12.     *(item)->entries.tqe_prev = (ins_item);  
  13.     (item)->entries.tqe_prev = &(ins_item)->entries.tqe_next;  
  14. } while (0);  


 

总结:TAILQ的最大特点就是每个entry的二级指针tqe_prev其存放的是前一个元素的下个元素地址,呵呵,听起来都很拗口 
我现在就是不知道为什么linux的queue.h只有建立tailq的宏定义而缺少所有的access method,初涉linux c编程,请大家指教 

附经过宏替换后的所有代码 
C代码  收藏代码
  1. #include "stdio.h"  
  2. #include "stdlib.h"  
  3. struct QUEUE_ITEM{  
  4.     int value;  
  5.     struct {  
  6.         struct QUEUE_ITEM *tqe_next;  
  7.         struct QUEUE_ITEM **tqe_prev;  
  8.     }entries;  
  9. };  
  10. struct {  
  11.     struct QUEUE_ITEM *tqh_first;  
  12.     struct QUEUE_ITEM **tqh_last;  
  13. }queue_head;  
  14.   
  15. int main(int argc,char **argv){  
  16.     struct QUEUE_ITEM *item;  
  17.     struct QUEUE_ITEM *tmp_item;  
  18.   
  19.     do {  
  20.         (&queue_head)->tqh_first = NULL;  
  21.         (&queue_head)->tqh_last = &(&queue_head)->tqh_first;  
  22.     } while (0);  
  23.   
  24.     int i=0;  
  25.     for(i=5;i<10;i+=2){  
  26.         item=malloc(sizeof(item));  
  27.         item->value=i;  
  28.         do {  
  29.             (item)->entries.tqe_next = NULL;  
  30.             //首次执行相当于item->entries.tqe_prev=&(&queue_head)->tqh_first  
  31.             //以后执行相当于是(item)->entries.tqe_prev=&(前一个item)->entries.tqe_next;  
  32.             (item)->entries.tqe_prev = (&queue_head)->tqh_last;  
  33.             //首次执行相当于(&queue_head)->tqh_first=item  
  34.             //以后执行相当于是(前一个item)->entries.tqe_next=当前item  
  35.             *(&queue_head)->tqh_last = (item);  
  36.             (&queue_head)->tqh_last = &(item)->entries.tqe_next;  
  37.         } while (0);  
  38.     }  
  39.   
  40.     struct QUEUE_ITEM *ins_item;  
  41.     ins_item=malloc(sizeof(ins_item));  
  42.   
  43.     ins_item->value=100;  
  44.     do {  
  45.         (ins_item)->entries.tqe_prev = (item)->entries.tqe_prev;  
  46.         (ins_item)->entries.tqe_next = (item);  
  47.         *(item)->entries.tqe_prev = (ins_item);  
  48.         (item)->entries.tqe_prev = &(ins_item)->entries.tqe_next;  
  49.     } while (0);  
  50.   
  51.     tmp_item=((&queue_head)->tqh_first);  
  52.     printf("first element is %d ",tmp_item->value);  
  53.   
  54.     tmp_item=((tmp_item)->entries.tqe_next);  
  55.     printf("next element is %d ",tmp_item->value);  
  56.   
  57.     tmp_item=((tmp_item)->entries.tqe_next);  
  58.     printf("next element is %d ",tmp_item->value);  
  59.   
  60.     tmp_item=((tmp_item)->entries.tqe_next);  
  61.     printf("next element is %d ",tmp_item->value);  
  62.   
  63. }  
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原文地址：https://www.cnblogs.com/renweihang/p/9230647.html