Redis中的通用链表结构

2019/7/22 4:51:32 人评论 次浏览 分类:学习教程

原文链接:http://www.cnblogs.com/john-d/archive/2010/05/31/1747746.html

Redis是一个正在进行中的开源键值数据库项目,作者是antirez。redis与一般键值数据库相比,其最大特色是键值对中的值支持链表、集合、排序集等复合结构。这里我们来看看antirez是怎样实现通用链表结构的。

如果你熟悉Linux,应该知道Linux内核也实现了通用链表结构,它使用了GCC中超越了ANSI C规范的特性。但是Redis没有这样做,而是使用了类似C++ STL的做法。Redis实现的是双向非循环链表,牵涉到三种数据结构:结点listNode、迭代器listIter、链表本身list。代码如下。 

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

 value指向具体的数据,从后面两个指针可以看出这是个双向链表,至于是否循环要从其他代码判断。

 

typedef struct listIter {
struct listNode *next;
int direction;
}listIter;

这是个迭代器,当然需要一个指针来指向结点咯,就是next;direction表示该迭代器的前进方向,AL_START_HEAD表示从头开始,AL_START_TAIL表示从尾开始。



好,链表结构是时候出来了

ContractedBlock.gifExpandedBlockStart.gifadlist.h
typedef struct list {
listNode
*head;
listNode
*tail;

void* (*dup)(void *ptr);
void (*free)(void *ptr);
int (*match)(void *ptr, void*key);

unsigned
int len;
}list;

head、tail和len很好理解,中间三个变量是干嘛的呢,它们是函数变量,dup是复制函数,你可以自己定义复制策略,free是释放策略,match是如何在链表中查询内容的策略。



与链表相关的数据结构就是这三个,下面来看看此链表的API是如何实现的,API详情可查看adlist.h文件。

 

list* listCreate(void);  毫无疑问这是链表的构造函数

ContractedBlock.gifExpandedBlockStart.gifadlist.c
list* listCreate(void)
{
struct list *list;
if ((list = zmalloc(sizeof(*list))) == NULL)
return NULL;

list
->head = list->tail = NULL;
list
->len = 0;
list
->dup = NULL;
list
->free = NULL;
list
->match = NULL;

return list;
}

没什么好说的,从堆中动态分配一个list结构,初始化成员变量,然后返回list的指针,这样我们就能控制堆中的链表了。注意zmalloc是Redis自己封装的内存分配函数,如果感兴趣可以查看zmalloc.c文件



有构造函数,就自然有析构函数了,如下:
void listRelease(list *list)

ContractedBlock.gif
void listRelease(list *list)
{
unsigned
int len;
listNode
*current, *next;

current
= list->head;
len
= list->len;
while (len--) {
next
= current->next;
if (list->free) list->free(current->value);
zfree(current);
current
= next;
}
zfree(list);
}

zfree一样是Redis封装的函数,这里要注意的是list->free,它是用来释放结点中的数据的,说明如果你的listNode中的value是指向堆中的内存的话,就一定要为链表定义释放函数,否则会造成内存泄漏。

 

 

现在来看看怎样为链表增加结点,Redis只提供了在链表头部或尾部添加结点的方法,可能这些对Redis已经够用了吧。
list* listAddNodeHead(list* list, void *value)

ContractedBlock.gifExpandedBlockStart.gifadlist.c
list *listAddNodeHead(list *list, void *value)
{
listNode
*node;

if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL)
return NULL;
node
->value = value;
if (list->len == 0) {
list
->head = list->tail = node;
node
->prev = node->next = NULL;
}
else {
node
->prev = NULL;
node
->next = list->head;
list
->head->prev = node;
list
->head = node;
}
list
->len++;
return list;
}

我们只需要为链表提供真正的数据value即可,该函数会自己创建listNode结构。这个函数的声明有点儿意思,它返回的是list指针,通常我们会返回int,用0表示成功,-1表示失败。而Redis中如果链表插入失败会返回NULL,原来的链表不会受影响;如果插入成功,那么就返回改变后的链表。listAddNodeTail类似。

 


有插入自然就有删除咯,插入时我们只提供了listNode中value,但删除就要提供listNode的地址了。与listRelease一样,如果value指向的内存在堆中,就要提供你自己定义的free函数,否则会有内存泄漏。
void listDelNode(list *list, listNode *node)

ContractedBlock.gifExpandedBlockStart.gifadlist.c

这个函数为什么不像插入函数一样返回list指针呢,源代码中说这个函数不可能失败,所以没必要返回值。不过我认为返回list指针也好啊,可以保持接口的一致性。不知道antirez是怎么想的,难道是考虑性能。 

 

 

Redis中是通过迭代器访问结点的,同STL一样,那么必须要有个为链表生成迭代器的函数
listIter* listGetIter(list *list, int direction);

ContractedBlock.gifExpandedBlockStart.gifadlist.c
listIter *listGetIterator(list *list, int direction)
{
listIter
*iter;

if ((iter = zmalloc(sizeof(*iter))) == NULL) return NULL;
if (direction == AL_START_HEAD)
iter
->next = list->head;
else
iter
->next = list->tail;
iter
->direction = direction;
return iter;
}

 

 

 

迭代器不是链表的一部分,而是帮助程序员操作链表结点的,所以它需要一个单独的析构函数
void listReleaseIterator(listIter *iter);

void listReleaseIterator(listIter *iter) {
zfree(iter);
}

 

 

 

现在我们要通过迭代器访问链表结点,这个函数或许是理解链表最重要的吧,他会返回迭代器当前所指的结点,并且根据direction前进或后退
listNode* listNext(listIter *iter);
ContractedBlock.gifExpandedBlockStart.gifadlist.c
对于direction==AL_START_HEAD而言,当迭代器已经指向了最后一个结点时,如果你再调用此函数,他就会返回NULL。所以我们遍历链表的框架如下:
    iter = listGetIterator(list);
    while ( (node=listNext(iter))!=NULL ) {
        doSomethingWith(listNodeValue(node));  //listNodeValue是adlist.h中的宏,从结点中取出值 
    }
我觉得这个框架有点儿别扭,与STL好像不太一样,关于这个接口的设计我会在总结中谈到。

 

 

 

 

总结:

 

通用链表结构的基本API已经讲述完毕,想要透彻了解最好去看Redis的源码。但是从listDelNode开始,我嗅到了一丝丝的不和谐,listDelNode需要我们传一个listNode型的指针,但是在一个好的通用链表中用户的概念中应该只有三种数据结构:链表,迭代器,和与具体应用相关的value的类型。在用户的概念之中value应该就是链表中的结点,而没有必要知道value其实是listNode中的一个指针,所以在用户接口中listNode根本就不应该出现。基于这样的理念,我们可以更改两个接口:
    void listDelNode(listNode *node) 应改为 void listDelNode(listIter *iter)
    listNode* listNext(listIter *iter)应改为 listIter* listNext(listIter *iter)
这样遍历框架就成了
    iter = listGetIter(list, direction);
    while ( !listIterNull(iter) ) {
        doSomethingWith(listIterValue(iter));
        listNext(iter);
    }
 看,这样遍历框架是不是顺眼多了。我们还要实现框架中的listIterNull和listIterValue,都很简单
    #define listIterNull(iter) (iter->next)
    #define listIterValue(iter) (iter->next->value) 
 
 OK,告一段落,你有没有从中领悟到一些通用数据结构设计的思想呢?

转载于:https://www.cnblogs.com/john-d/archive/2010/05/31/1747746.html

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