佇列的C語言實現（通過核心連結串列）
阿新 • • 發佈：2019-02-05
0. 環境說明
本文的實驗環境是：
win7作業系統+Keil 5 IDE.
非常適合嵌入式軟體開發
1. 打造自己的“list.h”
在微控制器程式開發中，有時候會用到佇列。能否設計一個通用的佇列呢？我想，可以把核心連結串列用起來。
以下程式碼是我從核心裡面扒拉出來的，再稍微改改，就可以在工程中使用了。
#ifndef _LIST_H
#define _LIST_H
/*
/usr/src/linux-headers-4.8.0-36-generic/include/linux/stddef.h
*/
//求偏移量
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t)&((TYPE *)0 2. 介面設計
#ifndef _QUEUE_H
#define _QUEUE_H
#include "list.h"
struct queue_info {
struct list_head *head;
void (*push)(struct queue_info *info, struct list_head *new_node);
struct list_head *(*top)(struct queue_info *info);
struct list_head *(*pop)(struct queue_info *info);
int (*for_each)(struct queue_info *info, void (*todo)(struct list_head *node));
int (*is_empty)(struct queue_info *info);
};
void queue_init(struct queue_info *info,struct list_head * head);
void queue_destroy(struct queue_info *info);
#endifstruct queue_info中，首先有一個struct list_head *head，這是一個指標，指向連結串列的頭結點。這個頭結點需要使用者分配空間；其次是佇列具有的方法（指向函式的指標）。
void (*push)(struct queue_info *info, struct list_head *new_node);
入隊操作struct list_head *(*top)(struct queue_info *info);
得到佇列的首元素（有別於出隊）struct list_head *(*pop)(struct queue_info *info);
出隊int (*for_each)(struct queue_info *info, void (*todo)(struct list_head *node));
遍歷佇列，todo由使用者實現int (*is_empty)(struct queue_info *info);
判斷佇列是否為空
3. 具體實現
3.1 入隊
static void queue_push (struct queue_info *info, struct list_head *new_node)
{
list_add_tail(new_node,info->head);
}直接呼叫核心連結串列的尾插函式list_add_tail就行。
3.2 得到隊首的元素
struct list_head *queue_top(struct queue_info *info)
{
if (queue_is_empty(info)) {
return NULL; //佇列為空
}
else{
return info->head->next;
}
}因為是通用佇列，無法預測佇列中元素的資料形態，所以返回指向struct list_head的指標。為了得到資料，需要使用者自己轉換（通過巨集container_of）.
3.3 出隊
struct list_head *queue_pop(struct queue_info *info)
{
if (queue_is_empty(info)) {
return NULL; //佇列為空
}
else{
struct list_head *temp = info->head->next;
list_del(temp); //刪除佇列的首元素
return temp;
}
}注意，list_del(temp);這句話僅僅使隊首元素脫離連結串列，隊首元素的空間需要使用者自己回收。
3.4 遍歷佇列的每個元素
static int queue_for_each(struct queue_info *info, void (*todo)(struct list_head *node))
{
if(queue_is_empty(info)){
printf("the queue is empty\n");
return -1;
}
else{
struct list_head *pos = NULL;
struct list_head *n = NULL;
list_for_each_safe(pos, n, info->head)
todo(pos);
return 0;
}
}如果佇列為空，打印出錯資訊並返回-1；否則，呼叫使用者傳入的todo函式，對每個元素進行操作（list_for_each_safe是核心連結串列的安全遍歷，用普通遍歷也是可以的，因為todo函式一般不會進行刪除。刪除沒有道理啊，我實在想不出應用場景）。
其實，我設計這個介面的初衷是為了測試，比如列印佇列每個元素，看看入隊順序是否正確等。
3.5 佇列的初始化
void queue_init(struct queue_info *info,struct list_head * head)
{
info->head = head;
node_init(head); //頭結點的next和prev都指向自身
info->push = queue_push;
info->pop = queue_pop;
info->top = queue_top;
info->is_empty = queue_is_empty;
info->for_each = queue_for_each;
}此函式應該在最初呼叫。使用者需要定義struct queue_info結構體和struct list_head結構體，然後傳入二者的地址。
3.6 佇列的析構
void queue_destroy(struct queue_info *info)
{
}我想了想，覺得此函式只能為空。理由是：
1. 不需要回收空間，所以真的沒啥可以做的；
2. 本打算不斷出隊直到為空，發現出隊是使用者的事情，不需要越俎代庖。
4. 測試程式碼及結果
#include "stdio.h"
#include "queue.h"
#define NAME_MAX_LEN 20
struct data_info {
char name[NAME_MAX_LEN];
int age;
struct list_head list;
};
//此函式用於列印結點資訊
void print_node(struct list_head *node)
{
struct data_info *pdata;
pdata = container_of(node, struct data_info, list);
printf("name:%s, age:%d\n",pdata->name, pdata->age);
}
int main(void)
{
struct data_info s[] = {
{"A", 34},
{"B", 42},
{"C", 36},
{"D", 100},
{"E", 18},
};
struct list_head head;
struct queue_info queue;
queue_init(&queue,&head);
//測試入隊
int i;
for (i = 0; i < sizeof s/ sizeof s[0]; ++i)
{
queue.push(&queue,&s[i].list);
}
//測試遍歷
queue.for_each(&queue,print_node);
//測試top
printf("top method\n");
struct list_head *p_node = queue.top(&queue);
if(p_node==NULL){
printf("top test failed\n");
}
else{
print_node(p_node);
}
//再次遍歷，驗證top並不是出隊
queue.for_each(&queue,print_node);
//測試出隊
while(!queue.is_empty(&queue)){
p_node = queue.pop(&queue);
printf("out queue:");
print_node(p_node);
}
while(1);//微控制器程式，沒有作業系統，只能在這裡死迴圈了
}在keil5上除錯（use simulator），測試結果截圖如下：
5. 需要注意的問題
普通的編譯器是無法編譯list.h的，必須支援gnu語法才行。對於Keil，可以新增對gnu的支援，如下圖，輸入--gnu.
【完】