菜鸟nginx源码剖析数据结构篇（三）单向链表 ngx_list

菜鸟nginx源码剖析数据结构篇（三）单向链表 ngx_list_t

Author：Echo Chen（陈斌）
Email：chenb19870707@gmail.com

Blog：Blog.csdn.net/chen19870707

Date：October 23h, 2014

1.ngx_list优势和特点

ngx_list _t是一个顺序容器，它实际上是动态数组和单向链表的结合体，扩容起来比动态数组简单的多，可以一次扩容一个数组，所以说它结合了链表插入删除不需要移动的和数组下标快速索引的优势，设计非常让人叫绝，此外它还有以下特点：

链表中存储的元素是灵活的，可以是任何一种数据结构。
链表元素需要占用的内存由ngx_list_t管理，它已经通过数组分配好了。
小块的内存使用链表访问O(n)效率是低下的，可以使用数组通过直接通过偏移量来直接访问O(1)。

2.源代码位置

头文件：http://trac.nginx.org/nginx/browser/nginx/src/core/ngx_list.h

源文件：http://trac.nginx.org/nginx/browser/nginx/src/core/ngx_list.c

3.数据结构定义

前面说到ngx_list_t是一个数组链表，链表中的每个结点都是一个数组，ngx_list_part_t 描述的是链表中的一个结点，这个结点又是一个数组，elts为数组首地址,nelts为该数组已经使用的个数，*next为下一个链表结点的指针，定义如下：

   1: typedef struct ngx_list_part_s  ngx_list_part_t;

2:

   3: //描述链表中的一个结点，这个结点又是一个数组

   4: struct ngx_list_part_s {

   5:     void             *elts;     //首地址

   6:     ngx_uint_t        nelts;    //已经使用的个数

   7:     ngx_list_part_t  *next;     //下一个链表节点的指针

   8: };

ngx_list_t是描述整个链表，其中last 为链表中最后一个数组，part为链表中首个数组，size为数组每个元素占用空间小，nalloc为每个数组可以容纳的元素个数，pool为链表内存池对象，定义如下：

   1: typedef struct {

   2:     ngx_list_part_t  *last;        //链表中最后一个数组元素

   3:     ngx_list_part_t   part;        //链表中的首个数组元素

   4:     size_t            size;        //每个数组元素占用的空间大小

   5:     ngx_uint_t        nalloc;      //每个数组结点的容量，即每个数组最多可以存放多少个元素

   6:     ngx_pool_t       *pool;        //链表中的内存池对象指针

   7: } ngx_list_t;

其结构如下图所示，最下面一行为内存映像，可以看到整个内存中仅仅多了一个ngx_list_t 和几个ngx_list_part_s结果，内存并没有太多的浪费，nginx在内存方面的苛刻确实值得我们学习。

4.链表创建ngx_list_create和初始化ngx_list_init

   1: //链表创建,pool为内存池对象，size为每个数组元素的大小，n为每个数组可以容纳的元素个数

   2: ngx_list_t *ngx_list_create(ngx_pool_t *pool, ngx_uint_t n, size_t size)

   3: {

   4:     ngx_list_t  *list;

5:

   6:     //分配ngx_list_t结构

   7:     list = ngx_palloc(pool, sizeof(ngx_list_t));

   8:     if (list == NULL) {

   9:         return NULL;

  10:     }

11:

  12:     //初始化

  13:     if (ngx_list_init(list, pool, n, size) != NGX_OK) {

  14:         return NULL;

  15:     }

16:

  17:     return list;

  18: }

19:

  20: //链表初始化，list为链表结构（在create中创建），pool为内存池，size为每个数组元素的大小，n为每个数组可以容纳的元素个数

  21: static ngx_inline ngx_int_t ngx_list_init(ngx_list_t *list, ngx_pool_t *pool, ngx_uint_t n, size_t size)

  22: {

  23:     //分配一个数组，并用链表首结点指向它

  24:     list->part.elts = ngx_palloc(pool, n * size);

  25:     if (list->part.elts == NULL) {

  26:         return NGX_ERROR;

  27:     }

28:

  29:     //已使用个数为0

  30:     list->part.nelts = 0;

  31:     //没有下一个结点，next指为NULL

  32:     list->part.next = NULL;

  33:     //最后一个结点也指向刚刚分配的数组

  34:     list->last = &list->part;

  35:     //数组每个元素大小为size

  36:     list->size = size;

  37:     //数组能容纳元素个数为n

  38:     list->nalloc = n;

  39:     //内存池为pool

  40:     list->pool = pool;

41:

  42:     return NGX_OK;

  43: }

可以看到，ngx_list_init调用成功后，会创建一个数组结点。

5.链表添加元素操作ngx_list_push

   1: //链表添加元素，l为链表结构

   2: void *ngx_list_push(ngx_list_t *l)

   3: {

   4:     void             *elt;

   5:     ngx_list_part_t  *last;

6:

   7:     //last指向链表最后一个结点

   8:     last = l->last;

9:

  10:     //如果最后一个结点的数组已经满了

  11:     if (last->nelts == l->nalloc) {

12:

  13:         /* the last part is full, allocate a new list part */

14:

  15:         //从内存池中分配一个ngx_list_part_t数组对象

  16:         last = ngx_palloc(l->pool, sizeof(ngx_list_part_t));

  17:         if (last == NULL) {

  18:             return NULL;

  19:         }

20:

  21:         //从内存池中给数组对象元素分配空间，每个元素大小为size,元素数目为nalloc

  22:         last->elts = ngx_palloc(l->pool, l->nalloc * l->size);

  23:         if (last->elts == NULL) {

  24:             return NULL;

  25:         }

26:

  27:         //新分配的数组已使用结点个数为0，下一个链表结点为NULL

  28:         last->nelts = 0;

  29:         last->next = NULL;

30:

  31:         //将新分配的数组链到链表，并把链表尾指针指向新分配数组

  32:         l->last->next = last;

  33:         l->last = last;

  34:     }

35:

  36:     //elts为数组首地址，elts + size * nelts 即位为分配数组元素的位置

  37:     elt = (char *) last->elts + l->size * last->nelts;

38:

  39:     //分配个数+1

  40:     last->nelts++;

41:

  42:     return elt;

  43: }

可以看到，push的思想很简单，每次都往链表最后一个数组添加，数组满后就再增加一个数组结点，这里push的时间复杂度为O(1)，没有任何遍历操作，充分利用了“链表尾插” 和 “数组下标索引”的优势。

6.疑问

源代码中只给了链表的插入操作，没有删除操作，看起来不完整，这里猜测这个链表结构应该不会直接使用，而是被再次封装。

7.实战

看完源代码，这个list设计还是很巧妙的，结合了数组和链表各自的优势，确实不得不让人拍手叫绝。下面尝试给出ngx_list_t的使用例子：

   1: int main()

   2: {

   3:     ngx_list_t *pList = ngx_list_create( r->pool,4,sizeof( ngx_str_t));

   4:     if( NULL == pList)

   5:     {

   6:         return -1;

   7:     }

8:

   9:     ngx_str_t *str = ngx_list_push(pList);

  10:     if( NULL == str)

  11:     {

  12:         return -1;

  13:     }

14:

  15:     str->len = sizeof("This is a test for ngx_list_t");

  16:     str->value = "This is a test for ngx_list_t";

17:

  18:     //遍历

  19:      ngx_list_part_t *part = &pList->part;

  20:     ngx_str_t *str = part->elts;

21:

  22:     for(int i = 0;;i++)

  23:     {

  24:         if( i >= part->nelts)

  25:         {

  26:             //已经遍历完最后一个数组，没有下一个结点了

  27:             if( NULL == part->next)

  28:             {

  29:                 break;

  30:             }

31:

  32:             //还有下一个数组，part指到下一个数组，并把str指到新数组的地址

  33:             part = part->next;

  34:             str = part->elts;

35:

  36:             //重置计数器

  37:             i = 0;

  38:          }

39:

  40:         //输出结点

  41:         cout << "list elemts :" << str[i] << endl;

42:

  43:     }