【学习日记】【FreeRTOS】链表结构体及函数详解

写在前面

本文主要是对于 FreeRTOS 中链表相关内容的详细解释，代码大部分参考了野火FreeRTOS教程配套源码，作了一小部分修改。

一、结构体定义

主要包含三种结构体：

  1. 普通节点结构体
  2. 结尾节点（mini节点）结构体
  3. 链表结构体

1.普通节点结构体

一个完整的节点，包含五个参数：

  1. 节点的序号，用于确定节点在链表中的位置
  2. 前指针，指向本节点的前一个节点
  3. 后指针，指向本节点的下一个节点
  4. 本节点所属的内核对象，通常是TCB（Task Control Block）是FreeRTOS中用于管理任务的数据结构。
  5. 该节点所属的链表
  • 结构体定义如下：
/* 节点结构体定义 */
struct xLIST_ITEM
{TickType_t xItemValue;             /* 辅助值，用于帮助节点做顺序排列 */			struct xLIST_ITEM *  pxNext;       /* 指向链表下一个节点 */		struct xLIST_ITEM *  pxPrevious;   /* 指向链表前一个节点 */	void * pvOwner;					   /* 指向拥有该节点的内核对象，通常是TCB */void *  pvContainer;		       /* 指向该节点所在的链表 */
};
typedef struct xLIST_ITEM ListItem_t;  /* 节点数据类型重定义 */

2.结尾节点（mini节点）结构体

Mini节点没有所属内核和所属链表信息，主要被用作双向列表的结尾，只有三种信息：

  1. 节点序号值，标识节点在链表中的位置
  2. 前指针
  3. 后指针
  • 结构体定义如下：
/* mini节点结构体定义，作为双向链表的结尾因为双向链表是首尾相连的，头即是尾，尾即是头 */
struct xMINI_LIST_ITEM
{TickType_t xItemValue;                      /* 辅助值，用于帮助节点做升序排列 */struct xLIST_ITEM *  pxNext;                /* 指向链表下一个节点 */struct xLIST_ITEM *  pxPrevious;            /* 指向链表前一个节点 */
};
typedef struct xMINI_LIST_ITEM MiniListItem_t;  /* 最小节点数据类型重定义 */

3.链表结构体

链表需要三种参数：

  1. 链表节点计数器，统计链表中的节点总数
  2. 链表节点索引指针，指向链表中目前要操作的节点
  3. 链表最后一个节点的指针
  • 结构体定义如下：
/* 链表结构体定义 */
typedef struct xLIST
{UBaseType_t uxNumberOfItems;    /* 链表节点计数器 */ListItem_t *  pxIndex;			/* 链表节点索引指针 */MiniListItem_t xListEnd;		/* 链表最后一个节点 */
} List_t;

二、链表基本函数定义

主要包括下面几种函数：

  1. 节点初始化函数
  2. 空链表初始化函数
  3. 将新节点插入到链表尾部的函数
  4. 将新节点按升序插入链表的函数
  5. 从链表中删除节点的函数

1.节点初始化函数

传入要初始化的节点，将该节点的所属链表参数设置为空即可。

  • 函数定义如下：
//节点初始化
void vListInitialiseItem(ListItem_t * const pxItem)
{pxItem->pvContainer = NULL;		//将该节点所在链表初始化为空，表示该节点还没有插入任何链表
}

2. 空链表初始化函数

需要的步骤如下：

  1. 将指针索引指向最后一个节点
  2. 最后一个节点的排序值设置为最大（取决于portmacro中portMAX_DELAY宏定义）
  3. 最后一个节点的前后指针都指向节点自身
  4. 链表节点计数器设置为 0
  • 代码如下：
//空链表初始化
void vListInitialise(List_t * const pxList)
{//指针索引指向最后一个节点，pxList->xListEnd是一个值，需要取地址后强制类型转换pxList->pxIndex = (ListItem_t *)&pxList->xListEnd;	//最后一个节点的辅助值设置为最大pxList->xListEnd.xItemValue = portMAX_DELAY;		//最后一个节点的前指针和后指针都指向节点自身，表示链表为空pxList->xListEnd.pxNext = (ListItem_t *)&pxList->xListEnd;pxList->xListEnd.pxPrevious = (ListItem_t *)&pxList->xListEnd;//初始化链表节点计数器为0，表示链表为空pxList->uxNumberOfItems = (UBaseType_t)0U;
}

3. 将新节点插入到链表尾部的函数

  • 需要的步骤如下：
  1. 拿出指向链表最后一个节点的指针
  2. 将新的节点插入到原来最后节点的前面
  3. 设置新插入节点所属的链表
  4. 链表节点计数器++
  • 代码如下：
//将节点插入到链表的尾部
void vListInsertEnd(List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem)
{//拿出指向链表最后节点的指针ListItem_t * const pxIndex = pxList->pxIndex;//将新的节点插入到原来最后节点前面pxNewListItem->pxNext = pxIndex;pxNewListItem->pxPrevious = pxIndex->pxPrevious;pxIndex->pxPrevious->pxNext = pxNewListItem;pxIndex->pxPrevious = pxNewListItem;//设置插入的新节点所在的链表pxNewListItem->pvContainer = (void *)pxList;//链表节点计数器+1(pxList->uxNumberOfItems)++;
}

4. 将新节点按升序插入链表的函数

  • 需要的步骤如下：
  1. 定义迭代器（节点指针）用于查找插入的位置
  2. 获取新插入节点的序号
  3. 寻找节点插入的位置
  4. 进行节点插入操作
  5. 修改新插入的节点所在的链表
  6. 链表节点计数器++
  • 代码如下：
//将节点按照升序排列插入链表
void vListInsert(List_t * pxList, ListItem_t * const pxNewListItem)
{//1. pxIterator 用于查找插入位置ListItem_t * pxIterator;//2. 获取新插入节点的排序辅助值const TickType_t xValueOfInsertion = pxNewListItem->xItemValue;//3. 寻找节点要插入的位置if(xValueOfInsertion == portMAX_DELAY){	//如果是最大的节点，插入在链表的最后即可pxIterator = pxList->xListEnd.pxPrevious;}else{//for循环寻找插入位置//pxIterator = (ListItem_t *)&pxList->xListEnd 环状链表，尾就是头for(pxIterator = (ListItem_t *)&pxList->xListEnd; pxIterator->pxNext->xItemValue <= xValueOfInsertion; pxIterator = pxIterator->pxNext);}//4. 插入新节点pxNewListItem->pxNext = pxIterator->pxNext;pxNewListItem->pxNext->pxPrevious = pxNewListItem;pxNewListItem->pxPrevious = pxIterator;pxIterator->pxNext = pxNewListItem;//5. 修改插入的新节点所在的链表pxNewListItem->pvContainer = (void *)pxList;//6. 链表节点计数器+1(pxList->uxNumberOfItems)++;}

5. 从链表中删除节点的函数

  • 需要的步骤如下：
  1. 获取要删除的节点所在的链表
  2. 进行删除操作
  3. 如果链表索引指向要删除的节点，需更新索引使其指向要删除节点的前一个节点，确保索引指向有效
  4. 设置要删除节点的所属链表为空
  5. 链表节点计数器–
  6. 返回删除操作后链表中剩余的节点的数量
  • 代码如下：
//从链表中删除节点
UBaseType_t uxListRemove(ListItem_t * const pxItemToRemove)
{//1. 获取要删除的节点所在的列表List_t * const pxList = (List_t *)pxItemToRemove->pvContainer;//2. 将节点从链表中删除pxItemToRemove->pxNext->pxPrevious = pxItemToRemove->pxPrevious;pxItemToRemove->pxPrevious->pxNext = pxItemToRemove->pxNext;//3. 如果要删除的节点是目前链表的索引，就得把索引更新为要删除节点的前一个，确保索引指向有效的节点if(pxList->pxIndex == pxItemToRemove){pxList->pxIndex = pxItemToRemove->pxPrevious;}//4. 将要删除的节点所属链表设置为空，表示不属于任何链表pxItemToRemove->pvContainer = NULL;//5. 更新链表节点计数器(pxList->uxNumberOfItems)--;//6. 返回链表中剩余的节点数量return pxList->uxNumberOfItems;
}

三、宏定义

这些宏定义主要是为了方便链表操作：

/*
************************************************************************
*                                宏定义
************************************************************************
*/
/* 初始化节点的拥有者 */
#define listSET_LIST_ITEM_OWNER( pxListItem, pxOwner )		( ( pxListItem )->pvOwner = ( void * ) ( pxOwner ) )
/* 获取节点拥有者 */
#define listGET_LIST_ITEM_OWNER( pxListItem )	( ( pxListItem )->pvOwner )/* 初始化节点排序辅助值 */
#define listSET_LIST_ITEM_VALUE( pxListItem, xValue )	( ( pxListItem )->xItemValue = ( xValue ) )/* 获取节点排序辅助值 */
#define listGET_LIST_ITEM_VALUE( pxListItem )	( ( pxListItem )->xItemValue )/* 获取链表根节点的节点计数器的值 */
#define listGET_ITEM_VALUE_OF_HEAD_ENTRY( pxList )	( ( ( pxList )->xListEnd ).pxNext->xItemValue )/* 获取链表的入口节点 */
#define listGET_HEAD_ENTRY( pxList )	( ( ( pxList )->xListEnd ).pxNext )/* 获取链表的第一个节点 */
#define listGET_NEXT( pxListItem )	( ( pxListItem )->pxNext )/* 获取链表的最后一个节点 */
#define listGET_END_MARKER( pxList )	( ( ListItem_t const * ) ( &( ( pxList )->xListEnd ) ) )/* 判断链表是否为空 */
#define listLIST_IS_EMPTY( pxList )	( ( BaseType_t ) ( ( pxList )->uxNumberOfItems == ( UBaseType_t ) 0 ) )/* 获取链表的节点数 */
#define listCURRENT_LIST_LENGTH( pxList )	( ( pxList )->uxNumberOfItems )/* 获取链表节点的OWNER，即TCB */
#define listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY( pxTCB, pxList )										\
{																							\List_t * const pxConstList = ( pxList );											    \/* 节点索引指向链表第一个节点调整节点索引指针，指向下一个节点，如果当前链表有N个节点，当第N次调用该函数时，pxInedex则指向第N个节点 */\( pxConstList )->pxIndex = ( pxConstList )->pxIndex->pxNext;							\/* 当前链表为空 */                                                                       \if( ( void * ) ( pxConstList )->pxIndex == ( void * ) &( ( pxConstList )->xListEnd ) )	\{																						\( pxConstList )->pxIndex = ( pxConstList )->pxIndex->pxNext;						\}																						\/* 获取节点的OWNER，即TCB */                                                             \( pxTCB ) = ( pxConstList )->pxIndex->pvOwner;											 \
}#define listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY( pxList )  ( (&( ( pxList )->xListEnd ))->pxNext->pvOwner )

后记

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