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

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  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：

  源文件：

   

  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:     }