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1. redis中的鏈表

在redis中鏈表的應(yīng)用非常廣泛，例如列表鍵的底層實(shí)現(xiàn)之一就是鏈表。而且，在redis中的鏈表結(jié)構(gòu)被實(shí)現(xiàn)成為雙向鏈表，因此，在頭部和尾部進(jìn)行的操作就會(huì)非常快。通過列表鍵的命令感受一下雙向鏈表

127.0.0.1:6379> LPUSH list a b c //依次在鏈表頭部插入a、b、c
(integer) 3
127.0.0.1:6379> RPUSH list d e f //依次在鏈表尾部插入d、e、f
(integer) 6
127.0.0.1:6379> LRANGE list 0 -1 //查看list的值
1) "c"
2) "b"
3) "a"
4) "d"
5) "e"
6) "f"

2. 鏈表的實(shí)現(xiàn)

2.1 鏈表節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)

每個(gè)鏈表節(jié)點(diǎn)由adlist.h/listNode來表示

typedef struct listNode {
 struct listNode *prev; //前驅(qū)節(jié)點(diǎn)，如果是list的頭結(jié)點(diǎn)，則prev指向NULL
 struct listNode *next;//后繼節(jié)點(diǎn)，如果是list尾部結(jié)點(diǎn)，則next指向NULL
 void *value; //萬能指針，能夠存放任何信息
} listNode;

listNode結(jié)構(gòu)通過prev和next指針就組成了雙向鏈表。剛才通過列表鍵生成的雙向鏈表如下圖

使用雙向鏈表的好處：

• prev和next指針：獲取某個(gè)節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)和后繼節(jié)點(diǎn)復(fù)雜度為O(1)。

2.2%20表頭的實(shí)現(xiàn)

redis還提供了一個(gè)表頭，用于存放上面雙向鏈表的信息，它由adlist.h/list結(jié)構(gòu)表示：

typedef%20struct%20list%20{
%20listNode%20*head;%20//鏈表頭結(jié)點(diǎn)指針
%20listNode%20*tail;%20//鏈表尾結(jié)點(diǎn)指針
%20//下面的三個(gè)函數(shù)指針就像類中的成員函數(shù)一樣
%20void%20*(*dup)(void%20*ptr);%20//復(fù)制鏈表節(jié)點(diǎn)保存的值
%20void%20(*free)(void%20*ptr);%20//釋放鏈表節(jié)點(diǎn)保存的值
%20int%20(*match)(void%20*ptr,%20void%20*key);%20//比較鏈表節(jié)點(diǎn)所保存的節(jié)點(diǎn)值和另一個(gè)輸入的值是否相等
%20unsigned%20long%20len;%20//鏈表長度計(jì)數(shù)器
}%20list;

利用list表頭管理鏈表信息的好處：

head和tail指針：對于鏈表的頭結(jié)點(diǎn)和尾結(jié)點(diǎn)操作的復(fù)雜度為O(1)。

len 鏈表長度計(jì)數(shù)器：獲取鏈表中節(jié)點(diǎn)數(shù)量的復(fù)雜度為O(1)。

dup、free和match指針：實(shí)現(xiàn)多態(tài)，鏈表節(jié)點(diǎn)listNode使用萬能指針void *保存節(jié)點(diǎn)的值，而表頭list使用dup、free和match指針來針對鏈表中存放的不同對象從而實(shí)現(xiàn)不同的方法

3. 鏈表結(jié)構(gòu)源碼剖析

3.1 adlist.h文件

針對list結(jié)構(gòu)和listNode結(jié)構(gòu)的賦值和查詢操作使用宏進(jìn)行封裝，而且一下操作的復(fù)雜度均為O(1)。

#define listLength(l) ((l)->len) //返回鏈表l節(jié)點(diǎn)數(shù)量

#define listFirst(l) ((l)->head) //返回鏈表l的頭結(jié)點(diǎn)地址

#define listLast(l) ((l)->tail) //返回鏈表l的尾結(jié)點(diǎn)地址

#define listPrevNode(n) ((n)->prev) //返回節(jié)點(diǎn)n的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)地址

#define listNextNode(n) ((n)->next) //返回節(jié)點(diǎn)n的后繼節(jié)點(diǎn)地址

#define listNodeValue(n) ((n)->value) //返回節(jié)點(diǎn)n的節(jié)點(diǎn)值

#define listSetDupMethod(l,m) ((l)->dup = (m)) //設(shè)置鏈表l的復(fù)制函數(shù)為m方法

#define listSetFreeMethod(l,m) ((l)->free = (m)) //設(shè)置鏈表l的釋放函數(shù)為m方法

#define listSetMatchMethod(l,m) ((l)->match = (m)) //設(shè)置鏈表l的比較函數(shù)為m方法

#define listGetDupMethod(l) ((l)->dup) //返回鏈表l的賦值函數(shù)

#define listGetFree(l) ((l)->free) //返回鏈表l的釋放函數(shù)

#define listGetMatchMethod(l) ((l)->match) //返回鏈表l的比較函數(shù)

鏈表操作的函數(shù)原型（Prototypes）：

list *listCreate(void); //創(chuàng)建一個(gè)表頭
void listRelease(list *list); //釋放list表頭和鏈表
list *listAddNodeHead(list *list, void *value); //將value添加到list鏈表的頭部
list *listAddNodeTail(list *list, void *value); //將value添加到list鏈表的尾部
list *listInsertNode(list *list, listNode *old_node, void *value, int after);//在list中，根據(jù)after在old_node節(jié)點(diǎn)前后插入值為value的節(jié)點(diǎn)。
void listDelNode(list *list, listNode *node); //從list刪除node節(jié)點(diǎn)
listIter *listGetIterator(list *list, int direction); //為list創(chuàng)建一個(gè)迭代器iterator
listNode *listNext(listIter *iter); //返回迭代器iter指向的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)并更新iter 
void listReleaseIterator(listIter *iter); //釋放iter迭代器
list *listDup(list *orig); //拷貝表頭為orig的鏈表并返回
listNode *listSearchKey(list *list, void *key); //在list中查找value為key的節(jié)點(diǎn)并返回
listNode *listIndex(list *list, long index); //返回下標(biāo)為index的節(jié)點(diǎn)地址
void listRewind(list *list, listIter *li); //將迭代器li重置為list的頭結(jié)點(diǎn)并且設(shè)置為正向迭代
void listRewindTail(list *list, listIter *li); //將迭代器li重置為list的尾結(jié)點(diǎn)并且設(shè)置為反向迭代
void listRotate(list *list); //將尾節(jié)點(diǎn)插到頭結(jié)點(diǎn)

3.2 鏈表迭代器

在adlist.h文件中，使用C語言實(shí)現(xiàn)了迭代器，源碼如下：

typedef struct listIter {
 listNode *next; //迭代器當(dāng)前指向的節(jié)點(diǎn)（名字叫next有點(diǎn)迷惑）
 int direction; //迭代方向，可以取以下兩個(gè)值：AL_START_HEAD和AL_START_TAIL
} listIter
#define AL_START_HEAD 0 //正向迭代：從表頭向表尾進(jìn)行迭代
#define AL_START_TAIL 1 //反向迭代：從表尾到表頭進(jìn)行迭代

在listDup函數(shù)中就使用了迭代器，listDup函數(shù)的定義如下：

//listDup的功能是拷貝一份鏈表
list *listDup(list *orig)
{
 list *copy;
 listIter *iter;
 listNode *node;
 if ((copy = listCreate()) == NULL) //創(chuàng)建一個(gè)表頭
 return NULL;
 //設(shè)置新建表頭的處理函數(shù)
 copy->dup = orig->dup;
 copy->free = orig->free;
 copy->match = orig->match;
 //迭代整個(gè)orig的鏈表，重點(diǎn)關(guān)注此部分。
 iter = listGetIterator(orig, AL_START_HEAD);//為orig定義一個(gè)迭代器并設(shè)置迭代方向，在c++中例如是 vector<int>::interator it;
 while((node = listNext(iter)) != NULL) { //迭代器根據(jù)迭代方向不停迭代，相當(dāng)于++it
 void *value;
 //復(fù)制節(jié)點(diǎn)值到新節(jié)點(diǎn)
 if (copy->dup) { //如果定義了list結(jié)構(gòu)中的dup指針，則使用該方法拷貝節(jié)點(diǎn)值。
 value = copy->dup(node->value);
 if (value == NULL) {
 listRelease(copy);
 listReleaseIterator(iter);
 return NULL;
 }
 } else
 value = node->value; //獲得當(dāng)前node的value值
 if (listAddNodeTail(copy, value) == NULL) { //將node節(jié)點(diǎn)尾插到copy表頭的鏈表中
 listRelease(copy);
 listReleaseIterator(iter);
 return NULL;
 }
 }
 listReleaseIterator(iter); //自行釋放迭代器
 return copy; //返回拷貝副本

迭代器的好處：

• 提供一種方法順序訪問一個(gè)聚合對象中各個(gè)元素, 而又不需暴露該對象的內(nèi)部表示。
• 將指針操作進(jìn)行了統(tǒng)一封裝，代碼可讀性增強(qiáng)。

3.3 adlist.c文件

剛才所有函數(shù)的定義如下：

list *listCreate(void) //創(chuàng)建一個(gè)表頭
{
 struct list *list;
 //為表頭分配內(nèi)存
 if ((list = zmalloc(sizeof(*list))) == NULL)
 return NULL;
 //初始化表頭
 list->head = list->tail = NULL;
 list->len = 0;
 list->dup = NULL;
 list->free = NULL;
 list->match = NULL;
 return list; //返回表頭
}
/* Free the whole list.
 *
 * This function can't fail. */
void listRelease(list *list) //釋放list表頭和鏈表
{
 unsigned long len;
 listNode *current, *next;
 current = list->head; //備份頭節(jié)點(diǎn)地址
 len = list->len; //備份鏈表元素個(gè)數(shù)，使用備份操作防止更改原有信息
 while(len--) { //遍歷鏈表
 next = current->next;
 if (list->free) list->free(current->value); //如果設(shè)置了list結(jié)構(gòu)的釋放函數(shù)，則調(diào)用該函數(shù)釋放節(jié)點(diǎn)值
 zfree(current);
 current = next;
 }
 zfree(list); //最后釋放表頭
}
/* Add a new node to the list, to head, containing the specified 'value'
 * pointer as value.
 *
 * On error, NULL is returned and no operation is performed (i.e. the
 * list remains unaltered).
 * On success the 'list' pointer you pass to the function is returned. */
list *listAddNodeHead(list *list, void *value) //將value添加到list鏈表的頭部
{
 listNode *node;
 if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL) //為新節(jié)點(diǎn)分配空間
 return NULL;
 node->value = value; //設(shè)置node的value值
 if (list->len == 0) { //將node頭插到空鏈表
 list->head = list->tail = node;
 node->prev = node->next = NULL;
 } else { //將node頭插到非空鏈表
 node->prev = NULL;
 node->next = list->head;
 list->head->prev = node;
 list->head = node;
 }
 list->len++; //鏈表元素計(jì)數(shù)器加1
 return list;
}
/* Add a new node to the list, to tail, containing the specified 'value'
 * pointer as value.
 *
 * On error, NULL is returned and no operation is performed (i.e. the
 * list remains unaltered).
 * On success the 'list' pointer you pass to the function is returned. */
list *listAddNodeTail(list *list, void *value) //將value添加到list鏈表的尾部
{
 listNode *node;
 if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL) //為新節(jié)點(diǎn)分配空間
 return NULL;
 node->value = value; //設(shè)置node的value值
 if (list->len == 0) { //將node尾插到空鏈表
 list->head = list->tail = node;
 node->prev = node->next = NULL;
 } else { //將node頭插到非空鏈表
 node->prev = list->tail;
 node->next = NULL;
 list->tail->next = node;
 list->tail = node;
 }
 list->len++; //更新鏈表節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)器
 return list;
}
list *listInsertNode(list *list, listNode *old_node, void *value, int after) //在list中，根據(jù)after在old_node節(jié)點(diǎn)前后插入值為value的節(jié)點(diǎn)。
{
 listNode *node;
 if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL) //為新節(jié)點(diǎn)分配空間
 return NULL;
 node->value = value; //設(shè)置node的value值
 if (after) { //after 非零，則將節(jié)點(diǎn)插入到old_node的后面
 node->prev = old_node;
 node->next = old_node->next;
 if (list->tail == old_node) { //目標(biāo)節(jié)點(diǎn)如果是鏈表的尾節(jié)點(diǎn)，更新list的tail指針
 list->tail = node;
 }
 } else { //after 為零，則將節(jié)點(diǎn)插入到old_node的前面
 node->next = old_node;
 node->prev = old_node->prev;
 if (list->head == old_node) { //如果節(jié)點(diǎn)如果是鏈表的頭節(jié)點(diǎn)，更新list的head指針
 list->head = node;
 }
 }
 if (node->prev != NULL) { //如果有，則更新node的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的指針
 node->prev->next = node;
 }
 if (node->next != NULL) { //如果有，則更新node的后繼節(jié)點(diǎn)的指針
 node->next->prev = node;
 }
 list->len++; //更新鏈表節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)器
 return list;
}
/* Remove the specified node from the specified list.
 * It's up to the caller to free the private value of the node.
 *
 * This function can't fail. */
void listDelNode(list *list, listNode *node) //從list刪除node節(jié)點(diǎn)
{
 if (node->prev) //更新node的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的指針
 node->prev->next = node->next;
 else
 list->head = node->next;
 if (node->next) //更新node的后繼節(jié)點(diǎn)的指針
 node->next->prev = node->prev;
 else
 list->tail = node->prev;
 if (list->free) list->free(node->value); //如果設(shè)置了list結(jié)構(gòu)的釋放函數(shù)，則調(diào)用該函數(shù)釋放節(jié)點(diǎn)值
 zfree(node); //釋放節(jié)點(diǎn)
 list->len--; //更新鏈表節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)器
}
/* Returns a list iterator 'iter'. After the initialization every
 * call to listNext() will return the next element of the list.
 *
 * This function can't fail. */
listIter *listGetIterator(list *list, int direction) //為list創(chuàng)建一個(gè)迭代器iterator
{
 listIter *iter;
 if ((iter = zmalloc(sizeof(*iter))) == NULL) return NULL; //為迭代器申請空間
 if (direction == AL_START_HEAD) //設(shè)置迭代指針的起始位置
 iter->next = list->head;
 else
 iter->next = list->tail;
 iter->direction = direction; //設(shè)置迭代方向
 return iter;
}
/* Release the iterator memory */
void listReleaseIterator(listIter *iter) { //釋放iter迭代器
 zfree(iter);
}
/* Create an iterator in the list private iterator structure */
void listRewind(list *list, listIter *li) { //將迭代器li重置為list的頭結(jié)點(diǎn)并且設(shè)置為正向迭代
 li->next = list->head; //設(shè)置迭代指針的起始位置
 li->direction = AL_START_HEAD; //設(shè)置迭代方向從頭到尾
}
void listRewindTail(list *list, listIter *li) { //將迭代器li重置為list的尾結(jié)點(diǎn)并且設(shè)置為反向迭代
 li->next = list->tail; //設(shè)置迭代指針的起始位置
 li->direction = AL_START_TAIL; //設(shè)置迭代方向從尾到頭
}
/* Return the next element of an iterator.
 * It's valid to remove the currently returned element using
 * listDelNode(), but not to remove other elements.
 *
 * The function returns a pointer to the next element of the list,
 * or NULL if there are no more elements, so the classical usage patter
 * is:
 *
 * iter = listGetIterator(list,<direction>);
 * while ((node = listNext(iter)) != NULL) {
 * doSomethingWith(listNodeValue(node));
 * }
 *
 * */
listNode *listNext(listIter *iter) //返回迭代器iter指向的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)并更新iter
{
 listNode *current = iter->next; //備份當(dāng)前迭代器指向的節(jié)點(diǎn)
 if (current != NULL) {
 if (iter->direction == AL_START_HEAD) //根據(jù)迭代方向更新迭代指針
 iter->next = current->next;
 else
 iter->next = current->prev;
 }
 return current; //返回備份的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)地址
}
/* Duplicate the whole list. On out of memory NULL is returned.
 * On success a copy of the original list is returned.
 *
 * The 'Dup' method set with listSetDupMethod() function is used
 * to copy the node value. Otherwise the same pointer value of
 * the original node is used as value of the copied node.
 *
 * The original list both on success or error is never modified. */
list *listDup(list *orig) //拷貝表頭為orig的鏈表并返回
{
 list *copy;
 listIter *iter;
 listNode *node;
 if ((copy = listCreate()) == NULL) //創(chuàng)建一個(gè)表頭
 return NULL;
 //設(shè)置新建表頭的處理函數(shù)
 copy->dup = orig->dup;
 copy->free = orig->free;
 copy->match = orig->match;
 //迭代整個(gè)orig的鏈表
 iter = listGetIterator(orig, AL_START_HEAD); //為orig定義一個(gè)迭代器并設(shè)置迭代方向
 while((node = listNext(iter)) != NULL) { //迭代器根據(jù)迭代方向不停迭代
 void *value;
 //復(fù)制節(jié)點(diǎn)值到新節(jié)點(diǎn)
 if (copy->dup) {
 value = copy->dup(node->value); //如果定義了list結(jié)構(gòu)中的dup指針，則使用該方法拷貝節(jié)點(diǎn)值。
 if (value == NULL) {
 listRelease(copy);
 listReleaseIterator(iter);
 return NULL;
 }
 } else
 value = node->value; //獲得當(dāng)前node的value值
 if (listAddNodeTail(copy, value) == NULL) { //將node節(jié)點(diǎn)尾插到copy表頭的鏈表中
 listRelease(copy);
 listReleaseIterator(iter);
 return NULL;
 }
 }
 listReleaseIterator(iter); //自行釋放迭代器
 return copy; //返回拷貝副本
}
/* Search the list for a node matching a given key.
 * The match is performed using the 'match' method
 * set with listSetMatchMethod(). If no 'match' method
 * is set, the 'value' pointer of every node is directly
 * compared with the 'key' pointer.
 *
 * On success the first matching node pointer is returned
 * (search starts from head). If no matching node exists
 * NULL is returned. */
listNode *listSearchKey(list *list, void *key) //在list中查找value為key的節(jié)點(diǎn)并返回
{
 listIter *iter;
 listNode *node;
 iter = listGetIterator(list, AL_START_HEAD); //創(chuàng)建迭代器
 while((node = listNext(iter)) != NULL) { //迭代整個(gè)鏈表
 if (list->match) { //如果設(shè)置list結(jié)構(gòu)中的match方法，則用該方法比較
 if (list->match(node->value, key)) {
 listReleaseIterator(iter); //如果找到，釋放迭代器返回node地址
 return node;
 }
 } else {
 if (key == node->value) {
 listReleaseIterator(iter);
 return node;
 }
 }
 }
 listReleaseIterator(iter); //釋放迭代器
 return NULL;
}
/* Return the element at the specified zero-based index
 * where 0 is the head, 1 is the element next to head
 * and so on. Negative integers are used in order to count
 * from the tail, -1 is the last element, -2 the penultimate
 * and so on. If the index is out of range NULL is returned. */
listNode *listIndex(list *list, long index) { //返回下標(biāo)為index的節(jié)點(diǎn)地址
 listNode *n;
 if (index < 0) {
 index = (-index)-1; //如果下標(biāo)為負(fù)數(shù)，從鏈表尾部開始
 n = list->tail;
 while(index-- && n) n = n->prev;
 } else {
 n = list->head; //如果下標(biāo)為正數(shù)，從鏈表頭部開始
 while(index-- && n) n = n->next;
 }
 return n;
}
/* Rotate the list removing the tail node and inserting it to the head. */
void listRotate(list *list) { //將尾節(jié)點(diǎn)插到頭結(jié)點(diǎn)
 listNode *tail = list->tail;
 if (listLength(list) <= 1) return; //只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)或空鏈表直接返回
 /* Detach current tail */
 list->tail = tail->prev; //取出尾節(jié)點(diǎn)，更新list的tail指針
 list->tail->next = NULL;
 /* Move it as head */
 list->head->prev = tail; //將節(jié)點(diǎn)插到表頭，更新list的head指針
 tail->prev = NULL;
 tail->next = list->head;
 list->head = tail;
}