(轉)深入理解TAILQ隊列
又開始看libevent了，發現自己已經忘了它使用的基本數據結構，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針。
先給出一個二級指針的例子。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。
我們使用了全局變量和一個二維指針，保存了time_event的地址。如果使用結構體，那麽保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，而且在內核態開發，所以很多情況下會涉及內核的一些數據結構和宏，比如說mbuf和TAILQ等。 TAILQ是FreeBSD/linux內核對雙向隊列操作的一種抽象，抽象程度不亞於C++，能實現操作隊列需要的各種操作：插入元素，刪除元素，遍歷隊列等。這個隊列的優點是插入元素很快。 這裏先回顧一下隊列的特點（來自維基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%98%9F%E5%88%97）：
隊列，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鏈表或者數組來實現。
FreeBSD中的TAILQ把整個隊列頭抽象為一個單獨的數據結構，我們先看看FreeBSD中的TAILQ相關宏，然後再舉例子理解這些宏。 這裏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針。
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針的抽象，抽象為TAILQ_ENTRY結構體：tqe_next是指向下一個元素的指針，tqe_prev是一個二級指針，指針變量的地址，是前一個元素的tqe_next的地址，解引用(*tqe_prev)之後就是本元素的內存地址；TRACEBUF是一個調試相關的宏，我們先不管它。舉例： 我們聲明一個結構體，這個結構體只有一個int型整數，還有前驅和後繼指針。
struct int_node{
int num;
TAILQ_ENTRY(int_node);
};
宏展開之後就變成：
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.隊列頭
TAILQ把整個隊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 }
這個宏實際上使用的時候，會展開成為一個結構體，tqh_first是一個一級指針，指向隊列中的第一個元素；tqh_last是一個二級指針，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，指針的地址就是二級指針；TRACEBUF是一個用來調試的宏，不用管它。舉例： 聲明一個叫做queue_head的隊列頭：
TAILQ_HEAD(int_head, int_node) queue_head;
宏展開之後就會變成（不管TRACEBUF宏）：
struct int_head {
struct int_node *tqh_first; /* first element */
struct int_node **tqh_last; /* addr of last next element */
} queue_head;
如圖：
用下面的宏初始化這個隊列頭：
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宏，由於TAILQ中有一個tqh_last的二級指針，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這三個宏和調試信息相關和做一些必要的檢查，我們可以先不管；這個宏就是在調整相關的指針指向。我們向一個空隊列插入兩個元素2來理解這個宏： 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，也就是指向隊列頭中的tqh_first的地址，執行完第581行：
3.3 582行讓二級指針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，隊列頭的tqh_last賦值為新元素的tqe_next的地址（指針的地址，二級指針），執行完第583行：
這就是插入2後的整個鏈表。
4.刪除元素
刪除元素用TAILQ_REMOVE宏
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，同樣先不管這幾個宏。我們從隊列中刪除一個元素來理解這個宏： 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，沒有刪除之前的鏈表如下圖：
現在假設我們刪除隊列中的第一個元素2 4.2 602和603在調整當前元素的下一個元素的tqe_prev指針，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，最後的鏈表：
5.隊列中的第一個元素
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)
這個宏比較簡單。
7.遍歷鏈表中的每一個元素
用宏TAILQ_FOREACH
514 #define TAILQ_FOREACH(var, head, field) 515 for ((var) = TAILQ_FIRST((head)); 516 (var); 517 (var) = TAILQ_NEXT((var), field))
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