freertos 双向循环链表插入删除的实现与直观理解

freertos 双向循环链表插入删除的实现与直观理解

    • main.c
    • list.h
    • 其他头文件
      • FreeRTOS.h
      • FreeRTOSConfig.h
      • portable.h
      • portmacro.h
    • list.c
      • vListInsertEnd函数
      • vListInsert函数
      • uxListRemove函数

main.c

用debug之后，查看观察窗口，结果如下。这个实验目的就是，建一个根节点，三个普通节点的链表，并且这三个普通节点按照xitemValue的值进行升序排列。

在这里插入图片描述

main.c里面

首先看节点的类型：链表根节点类型是xLIST、普通节点类型是xLIST_ITEM。

然后看main函数：vListInitialise这个是链表根节点初始化函数、vListInitialiseItem这个是普通节点初始化函数、xItemValue这个是普通节点里面的成员变量、vListInsert这个函数实现将节点插入链表，按照升序排列功能。

接下来分别研究上面这些东西。

#include "list.h"/* 定义链表根节点 */
struct xLIST       List_Test;/* 定义节点 */
struct xLIST_ITEM  List_Item1;
struct xLIST_ITEM  List_Item2;
struct xLIST_ITEM  List_Item3;int main(void)
{	/* 链表根节点初始化 */vListInitialise( &List_Test );/* 节点1初始化 */vListInitialiseItem( &List_Item1 );List_Item1.xItemValue = 1;/* 节点2初始化 */    vListInitialiseItem( &List_Item2 );List_Item2.xItemValue = 2;/* 节点3初始化 */vListInitialiseItem( &List_Item3 );List_Item3.xItemValue = 3;/* 将节点插入链表，按照升序排列 */vListInsert( &List_Test, &List_Item2 );    vListInsert( &List_Test, &List_Item1 );vListInsert( &List_Test, &List_Item3 );    for(;;){/* 啥事不干 */}
}

list.h

直接看下面这个图，就可以知道根节点结构体和其他节点结构体里面的成员变量了。

在这里插入图片描述

#ifndef LIST_H
#define LIST_H
#include "FreeRTOS.h"/* 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 (用于表示该节点内嵌在哪个数据结构中)*/void * pvContainer;		           /* 指向该节点所在的链表，通常指向链表的根节点*/
};
typedef struct xLIST_ITEM ListItem_t;  /* 节点数据类型重定义 *//* 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 *//* 链表结构体定义 */
typedef struct xLIST
{UBaseType_t uxNumberOfItems;    /* 链表节点计数器，用于表示该链表下有多少个节点，根节点除外*/ListItem_t *  pxIndex;			/* 链表节点索引指针，用于遍历节点 */MiniListItem_t xListEnd;		/* 链表最后一个节点 */
} List_t;/*
************************************************************************
*                                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 )/*
************************************************************************
*                                函数声明
************************************************************************
*/
void vListInitialise( List_t * const pxList );
void vListInitialiseItem( ListItem_t * const pxItem );
void vListInsertEnd( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem );
void vListInsert( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem );
UBaseType_t uxListRemove( ListItem_t * const pxItemToRemove );#endif /* LIST_H */

其他头文件

FreeRTOS.h

#ifndef INC_FREERTOS_H
#define INC_FREERTOS_H#include "FreeRTOSConfig.h"
#include "portable.h"#endif /* INC_FREERTOS_H */

FreeRTOSConfig.h

这个里面由于下一句话，

#define configUSE_16_BIT_TICKS		0

使得portmacro.h里面进行下面的操作，也就是让TickType_t表示32位。

typedef uint32_t TickType_t;

#ifndef FREERTOS_CONFIG_H
#define FREERTOS_CONFIG_H#define configUSE_16_BIT_TICKS		0#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */

portable.h

#ifndef PORTABLE_H
#define PORTABLE_H#include "portmacro.h"#endif /* PORTABLE_H */

portmacro.h

这里面是一些freertos里面的数据类型重定义。

#ifndef PORTMACRO_H
#define PORTMACRO_H#include "stdint.h"
#include "stddef.h"/* 数据类型重定义 */
#define portCHAR		char
#define portFLOAT		float
#define portDOUBLE		double
#define portLONG		long
#define portSHORT		short
#define portSTACK_TYPE	uint32_t
#define portBASE_TYPE	longtypedef portSTACK_TYPE StackType_t;
typedef long BaseType_t;
typedef unsigned long UBaseType_t;#if( configUSE_16_BIT_TICKS == 1 )typedef uint16_t TickType_t;#define portMAX_DELAY ( TickType_t ) 0xffff
#elsetypedef uint32_t TickType_t;#define portMAX_DELAY ( TickType_t ) 0xffffffffUL
#endif#endif /* PORTMACRO_H */

list.c

vListInitialise函数进行链表根节点初始化。初始化有什么效果可以看下面这个图。

根节点初始化后，里面的指针全指向了一个地方。

在这里插入图片描述

直白点表述：

在这里插入图片描述

vListInsertEnd函数

vListInsertEnd函数将节点插入到链表的尾部。将一个节点插入后，效果如下。

在这里插入图片描述

用图表示的话：

在这里插入图片描述

更直白点：

在这里插入图片描述

如果按下面这个来编写插入的代码，是错误的。

	pxNewListItem->pxNext = pxIndex;pxNewListItem->pxPrevious = pxIndex;pxIndex->pxNext = pxNewListItem;pxIndex->pxPrevious = pxNewListItem;

试一试就知道了，如果按上面这个代码来，插入三个节点，最后效果如下。这个后果就是，新插上来的节点，他们之间是没有建立联系的，只是和根节点建立了联系。

在这里插入图片描述

下面将三个节点插入，正确的变量变化情况如下：

在这里插入图片描述

这里面就很清楚了，这个是属于循环双向链表。用图表示的话就是：

在这里插入图片描述

如果说新加进来一个item3，在item3没加进来的时候图的表示：

在这里插入图片描述

结合上面的两幅图，编代码。下面这个代码就考虑到了节点之间的联系。

pxNewListItem->pxNext = pxIndex;//上图右边的pxNext连到最左边的pxIndex
pxNewListItem->pxPrevious = pxIndex->pxPrevious;//第二行代码
pxIndex->pxPrevious->pxNext = pxNewListItem;//第三行代码
pxIndex->pxPrevious = pxNewListItem;//第四行代码

第一行代码直观表示如下面绿线：

在这里插入图片描述

pxIndex->pxPrevious一开始指向的是item2，加了item3，那么item3的pxPrevious就得指向item2，也就是pxIndex->pxPrevious。于是有了下面第二行代码。第二行代码直观表示如下。

在这里插入图片描述

第三行代码，pxIndex->pxPrevious->pxNext也就相当于item2的pxNext，加了item3，那么item2的pxNext应该指向item3。第三行代码直观表示如下。

在这里插入图片描述

此时可以看出原先的item2的pxNext已经和pxIndex彻底断了联系。整个链表可以表示成下面样子。

在这里插入图片描述

那么很明显，第四行代码就是要把item3给pxIndex的pxPrevious了。

在这里插入图片描述

vListInsert函数

函数功能是将节点按照升序排列插入链表。

先从xListEnd开始找，其实也相当于从第一个根节点找，依次找pxNext所指向节点的xItemValue值，如果这个值大于当前待插入节点的xItemValue值，就把这个节点插到当前的这个节点后面(当前这个节点的pxNext所指向节点的前面)。

核心代码如下。

	pxNewListItem->pxNext = pxIterator->pxNext;pxNewListItem->pxNext->pxPrevious = pxNewListItem;pxNewListItem->pxPrevious = pxIterator;pxIterator->pxNext = pxNewListItem;

举个例子，item2插入到item1后面。进行到第三步的时候，直观表示如下。

在这里插入图片描述

此时可以发现，item3的pxPrevious已经和item1断了联系。所以上图可表示如下。

在这里插入图片描述

那么最后一步显而易见，把item1的pxNext指向item2即可。此时item2就插进去了。

在这里插入图片描述

uxListRemove函数

这个函数功能是将节点从链表中删除。核心代码如下。

pxItemToRemove->pxNext->pxPrevious = pxItemToRemove->pxPrevious;
pxItemToRemove->pxPrevious->pxNext = pxItemToRemove->pxNext;

如果删除item2，直观表示如下：

在这里插入图片描述

#include "FreeRTOS.h"
#include <stdlib.h>
#include "list.h"/* 链表根节点初始化 */
void vListInitialise( List_t * const pxList )
{/* 将链表索引指针指向最后一个节点 */pxList->pxIndex = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );/* 将链表最后一个节点的辅助排序的值设置为最大，确保该节点就是链表的最后节点 */pxList->xListEnd.xItemValue = portMAX_DELAY;/* 将最后一个节点的pxNext和pxPrevious指针均指向节点自身，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的值为0，表示链表为空 */pxList->uxNumberOfItems = ( UBaseType_t ) 0U;
}/* 节点初始化 */
void vListInitialiseItem( ListItem_t * const pxItem )
{/* 初始化该节点所在的链表为空，表示节点还没有插入任何链表 */pxItem->pvContainer = NULL;
}/* 将节点插入到链表的尾部 */
void vListInsertEnd( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem )
{ListItem_t * const pxIndex = pxList->pxIndex;pxNewListItem->pxNext = pxIndex;pxNewListItem->pxPrevious = pxIndex->pxPrevious;pxIndex->pxPrevious->pxNext = pxNewListItem;pxIndex->pxPrevious = pxNewListItem;/* 记住该节点所在的链表 */pxNewListItem->pvContainer = ( void * ) pxList;/* 链表节点计数器++ */( pxList->uxNumberOfItems )++;
}/* 将节点按照升序排列插入到链表 */
void vListInsert( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem )
{ListItem_t *pxIterator;/* 获取节点的排序辅助值 */const TickType_t xValueOfInsertion = pxNewListItem->xItemValue;/* 寻找节点要插入的位置 */if( xValueOfInsertion == portMAX_DELAY ){pxIterator = pxList->xListEnd.pxPrevious;}else{for( pxIterator = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );pxIterator->pxNext->xItemValue <= xValueOfInsertion; pxIterator = pxIterator->pxNext ){/* 没有事情可做，不断迭代只为了找到节点要插入的位置 */			}}pxNewListItem->pxNext = pxIterator->pxNext;pxNewListItem->pxNext->pxPrevious = pxNewListItem;pxNewListItem->pxPrevious = pxIterator;pxIterator->pxNext = pxNewListItem;/* 记住该节点所在的链表 */pxNewListItem->pvContainer = ( void * ) pxList;/* 链表节点计数器++ */( pxList->uxNumberOfItems )++;
}/* 将节点从链表中删除 */
UBaseType_t uxListRemove( ListItem_t * const pxItemToRemove )
{/* 获取节点所在的链表 */List_t * const pxList = ( List_t * ) pxItemToRemove->pvContainer;pxItemToRemove->pxNext->pxPrevious = pxItemToRemove->pxPrevious;pxItemToRemove->pxPrevious->pxNext = pxItemToRemove->pxNext;/* Make sure the index is left pointing to a valid item. *//*调整链表的节点索引指针*/if( pxList->pxIndex == pxItemToRemove ){pxList->pxIndex = pxItemToRemove->pxPrevious;}/* 初始化该节点所在的链表为空，表示节点还没有插入任何链表 */pxItemToRemove->pvContainer = NULL;/* 链表节点计数器-- */( pxList->uxNumberOfItems )--;/* 返回链表中剩余节点的个数 */return pxList->uxNumberOfItems;
}

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