链表和链表节点的实现

每个链表节点使用一个 adlist.h/listNode 结构来表示:

typedef struct listNode {

    // 前置节点
    struct listNode *prev;

    // 后置节点
    struct listNode *next;

    // 节点的值
    void *value;

} listNode;

多个 listNode 可以通过 prevnext 指针组成双端链表, 如图 3-1 所示。

digraph {

    label = "\n 图 3-1    由多个 listNode 组成的双端链表"

    rankdir = LR;

    node [shape = record];

    //

    more_prev [label = "...", shape = plaintext];
    x [label = "<head> listNode | value \n ..."];
    y [label = "<head> listNode | value \n ..."];
    z [label = "<head> listNode | value \n ..."];
    more_next [label = "...", shape = plaintext];

    //

    more_prev -> x [label = "next"];
    x -> more_prev [label = "prev"];


    x -> y [label = "next"];
    y -> x [label = "prev"];

    y -> z [label = "next"];
    z -> y [label = "prev"];

    z -> more_next [label = "next"];
    more_next -> z [label = "prev"];
}

虽然仅仅使用多个 listNode 结构就可以组成链表, 但使用 adlist.h/list 来持有链表的话, 操作起来会更方便:

typedef struct list {

    // 表头节点
    listNode *head;

    // 表尾节点
    listNode *tail;

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

    // 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);

} list;

list 结构为链表提供了表头指针 head 、表尾指针 tail , 以及链表长度计数器 len , 而 dupfreematch 成员则是用于实现多态链表所需的类型特定函数:

  • dup 函数用于复制链表节点所保存的值;

  • free 函数用于释放链表节点所保存的值;

  • match 函数则用于对比链表节点所保存的值和另一个输入值是否相等。

图 3-2 是由一个 list 结构和三个 listNode 结构组成的链表:

digraph {

    label = "\n 图 3-2    由 list 结构和 listNode 结构组成的链表"

    rankdir = LR;

    node [shape = record];

    //

    list [label = "list | <head> head | <tail> tail | <len> len \n 3 | <dup> dup | <free> free | <match> match ", width = 2.0];

    more_prev [label = "NULL", shape = plaintext];
    x [label = "<head> listNode | value \n ..."];
    y [label = "<head> listNode | value \n ..."];
    z [label = "<head> listNode | value \n ..."];
    more_next [label = "NULL", shape = plaintext];

    dup [label = "...", shape = plaintext];
    free [label = "...", shape = plaintext];
    match [label = "...", shape = plaintext];

    //

    list:head -> x;
    list:tail -> z;

    list:dup -> dup;
    list:free -> free;
    list:match -> match;

    x -> y;
    y -> x;

    y -> z;
    z -> y;

    //

    more_prev -> x [dir = back];
    z -> more_next;

}

Redis 的链表实现的特性可以总结如下:

  • 双端: 链表节点带有 prevnext 指针, 获取某个节点的前置节点和后置节点的复杂度都是 O(1)

  • 无环: 表头节点的 prev 指针和表尾节点的 next 指针都指向 NULL , 对链表的访问以 NULL 为终点。

  • 带表头指针和表尾指针: 通过 list 结构的 head 指针和 tail 指针, 程序获取链表的表头节点和表尾节点的复杂度为 O(1)

  • 带链表长度计数器: 程序使用 list 结构的 len 属性来对 list 持有的链表节点进行计数, 程序获取链表中节点数量的复杂度为 O(1)

  • 多态: 链表节点使用 void* 指针来保存节点值, 并且可以通过 list 结构的 dupfreematch 三个属性为节点值设置类型特定函数, 所以链表可以用于保存各种不同类型的值。