文章二 Redis设计与实现研读--Redis自定义listNode结构体,实现链表用于存储数据
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 prev 和 next 指针组成双端链表, 如图 3-1 所示。
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 dup 、 free 和 match 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:
Redis 的链表实现的特性可以总结如下:
- 双端: 链表节点带有 prev 和 next 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 dup 、 free 、 match 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。
链表和链表节点的 API
表 3-1 列出了所有用于操作链表和链表节点的 API 。
表 3-1 链表和链表节点 API
函数 |
作用 |
时间复杂度 |
listSetDupMethod |
将给定的函数设置为链表的节点值复制函数。 |
O(1) 。 |
listGetDupMethod |
返回链表当前正在使用的节点值复制函数。 |
复制函数可以通过链表的 dup 属性直接获得, O(1) |
listSetFreeMethod |
将给定的函数设置为链表的节点值释放函数。 |
O(1) 。 |
listGetFree |
返回链表当前正在使用的节点值释放函数。 |
释放函数可以通过链表的 free 属性直接获得, O(1) |
listSetMatchMethod |
将给定的函数设置为链表的节点值对比函数。 |
O(1) |
listGetMatchMethod |
返回链表当前正在使用的节点值对比函数。 |
对比函数可以通过链表的 match 属性直接获得, O(1) |
listLength |
返回链表的长度(包含了多少个节点)。 |
链表长度可以通过链表的 len 属性直接获得, O(1) 。 |
listFirst |
返回链表的表头节点。 |
表头节点可以通过链表的 head 属性直接获得, O(1) 。 |
listLast |
返回链表的表尾节点。 |
表尾节点可以通过链表的 tail 属性直接获得, O(1) 。 |
listPrevNode |
返回给定节点的前置节点。 |
前置节点可以通过节点的 prev 属性直接获得, O(1) 。 |
listNextNode |
返回给定节点的后置节点。 |
后置节点可以通过节点的 next 属性直接获得, O(1) 。 |
listNodeValue |
返回给定节点目前正在保存的值。 |
节点值可以通过节点的 value 属性直接获得, O(1) 。 |
listCreate |
创建一个不包含任何节点的新链表。 |
O(1) |
listAddNodeHead |
将一个包含给定值的新节点添加到给定链表的表头。 |
O(1) |
listAddNodeTail |
将一个包含给定值的新节点添加到给定链表的表尾。 |
O(1) |
listInsertNode |
将一个包含给定值的新节点添加到给定节点的之前或者之后。 |
O(1) |
listSearchKey |
查找并返回链表中包含给定值的节点。 |
O(N) , N 为链表长度。 |
listIndex |
返回链表在给定索引上的节点。 |
O(N) , N 为链表长度。 |
listDelNode |
从链表中删除给定节点。 |
O(1) 。 |
listRotate |
将链表的表尾节点弹出,然后将被弹出的节点插入到链表的表头, 成为新的表头节点。 |
O(1) |
listDup |
复制一个给定链表的副本。 |
O(N) , N 为链表长度。 |
listRelease |
释放给定链表,以及链表中的所有节点。 |
O(N) , N 为链表长度。 |
参考书籍:<Redis设计与实现> 黄建宏版