(轉)深入理解TAILQ佇列
又開始看libevent了，發現自己已經忘了它使用的基本資料結構，當初看的時候沒有做筆記，結果就是現在又要重看一遍。
發現一個不錯的文章。這個實現主要的不同是使用了二級指標。
先給出一個二級指標的例子。下面這個是個不好的反例，argc需要傳遞tv和time_event進去，所以需要使用結構體。
我們使用了全域性變數和一個二維指標，儲存了time_event的地址。如果使用結構體，那麼儲存的地址需要先初始化。
struct timeval tv; void time_cb(int fd, short event, void *argc) { printf("timer wakeup/n"); event_add((*(struct event**)(argc)), &tv); // reschedule timer } int main(int argc, char **argv) { struct event_base *base = event_base_new(); struct evconnlistener *listener; struct event *signal_event; //void* arg=nullptr; //{ tv.tv_sec = 10; // 10s period tv.tv_usec = 0; struct event *time_event = evtimer_new(base, time_cb, &time_event); evtimer_add(time_event, &tv); //} ....
}
工作的主要內容是tcp/ip，平臺是FreeBSD，而且在核心態開發，所以很多情況下會涉及核心的一些資料結構和巨集，比如說mbuf和TAILQ等。 TAILQ是FreeBSD/linux核心對雙向佇列操作的一種抽象，抽象程度不亞於C++，能實現操作佇列需要的各種操作：插入元素，刪除元素，遍歷佇列等。這個佇列的優點是插入元素很快。 這裡先回顧一下佇列的特點（來自維基百科
佇列，又稱為佇列（英文queue），是先進先出（FIFO, First-In-First-Out）的線性表。在具體應用中通常用連結串列或者陣列來實現。
FreeBSD中的TAILQ把整個佇列頭抽象為一個單獨的資料結構，我們先看看FreeBSD中的TAILQ相關巨集，然後再舉例子理解這些巨集。 這裡用最簡單的一個結構體來理解TAILQ，這個結構體中有一個int型整數，還有兩個分別指向前方和後方的指標。
1.描述前一個和下一個元素的結構體
458 #define TAILQ_ENTRY(type) \ 459 struct { \ 460 struct type *tqe_next; /* next element */ \ 461 struct type **tqe_prev; /* address of previous next element */ \ 462 TRACEBUF \ 463 }
這是TAILQ對兩個指向前後兩個元素指標的抽象，抽象為TAILQ_ENTRY結構體：tqe_next是指向下一個元素的指標，tqe_prev是一個二級指標，指標變數的地址，是前一個元素的tqe_next的地址，解引用(*tqe_prev)之後就是本元素的記憶體地址；TRACEBUF是一個除錯相關的巨集，我們先不管它。舉例： 我們宣告一個結構體，這個結構體只有一個int型整數，還有前驅和後繼指標。
struct int_node{
int num;
TAILQ_ENTRY(int_node);
};
巨集展開之後就變成：
struct int_node{
int num;
struct {
struct int_node *tqe_next; /* next element */
sturct int_node **tqe_prev; /* address of previous next element */
};
};
例如：
2.佇列頭
TAILQ把整個佇列頭單獨抽象為一個結構體TAILQ_HEAD，如下：
445 /*
446 * Tail queue declarations.
447 */
448 #define TAILQ_HEAD(name, type) \
449 struct name { \
450 struct type *tqh_first; /* first element */ \
451 struct type **tqh_last; /* addr of last next element */ \
452 TRACEBUF \
453 }
這個巨集實際上使用的時候，會展開成為一個結構體，tqh_first是一個一級指標，指向佇列中的第一個元素；tqh_last是一個二級指標，它指向最後一個元素中的tqe_next（請參考上面的TAILQ_ENTRY），也就是最後一個元素的tqe_next的地址，指標的地址就是二級指標；TRACEBUF是一個用來除錯的巨集，不用管它。舉例： 宣告一個叫做queue_head的佇列頭：
TAILQ_HEAD(int_head, int_node) queue_head;
巨集展開之後就會變成（不管TRACEBUF巨集）：
struct int_head {
struct int_node *tqh_first; /* first element */
struct int_node **tqh_last; /* addr of last next element */
} queue_head;
如圖：
用下面的巨集初始化這個佇列頭：
534 #define TAILQ_INIT(head) do { \
535 TAILQ_FIRST((head)) = NULL; \
536 (head)->tqh_last = &TAILQ_FIRST((head)); \
537 QMD_TRACE_HEAD(head); \
538 } while (0)
變成：
3.插入元素
插入元素用TAILQ_INSERT_TAIL巨集，由於TAILQ中有一個tqh_last的二級指標，所以插入元素直接插到隊尾，僅用O(1)時間。
578 #define TAILQ_INSERT_TAIL(head, elm, field) do { \
579 QMD_TAILQ_CHECK_TAIL(head, field); \
580 TAILQ_NEXT((elm), field) = NULL; \
581 (elm)->field.tqe_prev = (head)->tqh_last; \
582 *(head)->tqh_last = (elm); \
583 (head)->tqh_last = &TAILQ_NEXT((elm), field); \
584 QMD_TRACE_HEAD(head); \
585 QMD_TRACE_ELEM(&(elm)->field); \
586 } while (0)
QMD_TAILQ_CHECK_TAIL，QMD_TRACE_HEAD，QMD_TRACE_ELEM這三個巨集和除錯資訊相關和做一些必要的檢查，我們可以先不管；這個巨集就是在調整相關的指標指向。我們向一個空佇列插入兩個元素2來理解這個巨集： 3.1 580行讓新元素的tqe_next指向空，執行完第580行：
3.2 581行讓新元素的tqe_prev賦值為tqh_last，也就是指向佇列頭中的tqh_first的地址，執行完第581行：
3.3 582行讓二級指標tqh_last中的內容指向新元素，也就是tqh_first指向新元素，執行完第582行：
3.4 583行，佇列頭的tqh_last賦值為新元素的tqe_next的地址（指標的地址，二級指標），執行完第583行：
這就是插入2後的整個連結串列。
4.刪除元素
刪除元素用TAILQ_REMOVE巨集
596 #define TAILQ_REMOVE(head, elm, field) do { \
597 QMD_SAVELINK(oldnext, (elm)->field.tqe_next); \
598 QMD_SAVELINK(oldprev, (elm)->field.tqe_prev); \
599 QMD_TAILQ_CHECK_NEXT(elm, field); \
600 QMD_TAILQ_CHECK_PREV(elm, field); \
601 if ((TAILQ_NEXT((elm), field)) != NULL) \
602 TAILQ_NEXT((elm), field)->field.tqe_prev = \
603 (elm)->field.tqe_prev; \
604 else { \
605 (head)->tqh_last = (elm)->field.tqe_prev; \
606 QMD_TRACE_HEAD(head); \
607 } \
608 *(elm)->field.tqe_prev = TAILQ_NEXT((elm), field); \
609 TRASHIT(*oldnext); \
610 TRASHIT(*oldprev); \
611 QMD_TRACE_ELEM(&(elm)->field); \
612 } while (0)
QMD_SAVELINK，QMD_TAILQ_CHECK_NEXT，QMD_TAILQ_CHECK_PREV，TRASHIT，同樣先不管這幾個巨集。我們從佇列中刪除一個元素來理解這個巨集： 4.1 假設經過上節插入元素2之後，我們用TAILQ_INSERT_TAIL再插入一個元素1，沒有刪除之前的連結串列如下圖：
現在假設我們刪除佇列中的第一個元素2 4.2 602和603在調整當前元素的下一個元素的tqe_prev指標，執行完第602行和603行之後：
4.3 608調整當前元素tqe_prev中的內容，執行完第608行之後：
4.4 釋放結點2的空間之後，最後的連結串列：
5.佇列中的第一個元素
512 #define TAILQ_FIRST(head) ((head)->tqh_first)
6.當前元素的下一個元素
591 #define TAILQ_NEXT(elm, field) ((elm)->field.tqe_next)
這個巨集比較簡單。
7.遍歷連結串列中的每一個元素
用巨集TAILQ_FOREACH
514 #define TAILQ_FOREACH(var, head, field) \ 515 for ((var) = TAILQ_FIRST((head)); \ 516 (var); \ 517 (var) = TAILQ_NEXT((var), field))