OpenHarmony中的HDF單鏈表及其迭代器
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概念
為了性能考慮，嵌入式系統(tǒng)一般使用C語言進(jìn)行開發(fā)，由于C語言標(biāo)準(zhǔn)庫沒有封裝鏈表，所以嵌入式系統(tǒng)一般自己設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)鏈表這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。單鏈表是鏈表中的一種，本文描述OpenAtom OpenHarmony（以下簡(jiǎn)稱“OpenHarmony”）中HDF軟件模塊自己定義的單鏈表，并學(xué)習(xí)其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。其中包含一些技巧，可以提高讀者的軟件開發(fā)能力。
單鏈表定義
在OpenHarmony的HDF軟件模塊中，單鏈表定義在hdf_slist.h中。
struct HdfSListNode *next; // next element in list, or NULL
};
如上圖所述，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是HdfSListNode，上圖共有5個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部有一個(gè)next成員，其值為下一個(gè)節(jié)點(diǎn)在內(nèi)存中的地址。由于可以通過這個(gè)地址找到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以在圖里面用紅色右箭頭來描述這個(gè)關(guān)系。整體來看，從1號(hào)節(jié)點(diǎn)可以通過next成員依次找到后面4個(gè)節(jié)點(diǎn)，從圖形看，就是一個(gè)邏輯上的鏈關(guān)系，我們把這種結(jié)構(gòu)稱為鏈表。
單獨(dú)看5號(hào)節(jié)點(diǎn)，5號(hào)節(jié)點(diǎn)沒有下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)上是需要給一個(gè)特定的值來表示，實(shí)現(xiàn)上一般把5號(hào)節(jié)點(diǎn)的next成員填成0值，表明其為最末尾的節(jié)點(diǎn)。
接下來我們看下面這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
struct HdfSList {
struct HdfSListNode *root;
};
其示意圖如下：
如上圖所示，圓角矩形表示的是HdfSList，其root成員記錄了鏈表中某節(jié)點(diǎn)的地址，為了訪問整個(gè)鏈表，需要將root成員的值設(shè)置成第1個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址。因?yàn)閱捂湵碇恢С滞粋€(gè)方向查找，不支持往回查找，如上面的錯(cuò)誤范例。如果root記錄的是第二個(gè)節(jié)點(diǎn)地址，則第一個(gè)節(jié)點(diǎn)變得不可訪問。
迭代器簡(jiǎn)介
迭代器是伴隨集合概念產(chǎn)生的，意思是依次訪問集合中的每一個(gè)元素，迭代器提供訪問這些元素的方法。對(duì)于單鏈表而言，鏈表中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)元素，所有的節(jié)點(diǎn)組成集合。所以可以通過迭代器來訪問鏈表中的元素。
迭代器需要提供的基本能力以及操作范式是：
重復(fù)判斷(集合中還有未被訪問的元素)
獲取下一個(gè)元素的訪問方法
讀寫下一個(gè)元素(也可能是刪除這個(gè)元素)
結(jié)束
上述范式展示了迭代器的用法，通過迭代器，遍歷元素變得簡(jiǎn)單直接(將遍歷算法封裝在迭代器中)，不用每次迭代都考慮數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)種類繁多，單鏈表只是其中之一)。
對(duì)于本文描述的單鏈表，其封裝了下面3個(gè)函數(shù)來支持迭代算法。這3個(gè)函數(shù)分別表示迭代器對(duì)象的初始化；集合中是否還有元素沒有參與迭代；取出集合中下一個(gè)可以參與迭代的元素。
void HdfSListIteratorInit(struct HdfSListIterator *iterator, struct HdfSList *list);
/* * @brief check whether list has next node. * * @param[in] iterator the point of iterator. * * @return the result of check next. */
bool HdfSListIteratorHasNext(struct HdfSListIterator *iterator);
/* * @brief get next link in the list and move iterator to next. * * @param[in] iterator the point of iterator. * * @return point to next element of it. */
struct HdfSListNode *HdfSListIteratorNext(struct HdfSListIterator *iterator);
迭代器實(shí)現(xiàn)考慮
對(duì)于本文所描述的單鏈表迭代器。直觀上看，除了第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)都可以通過next訪問到，第一個(gè)節(jié)點(diǎn)通過root訪問到。那實(shí)際上會(huì)不會(huì)就是這么簡(jiǎn)單呢？其實(shí)不然，因?yàn)樾枰紤]到節(jié)點(diǎn)刪除的因素。如下圖，在鏈表迭代過程中，如果刪除了當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，那么怎么找到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)呢？
如上圖所示，當(dāng)在遍歷過程中刪除了curr節(jié)點(diǎn)時(shí)，那么通過它找到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)是不可能了。所以這個(gè)時(shí)候我們必須借助操作curr之前還在鏈表上的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)，即上圖的prev節(jié)點(diǎn)，通過其next成員，找到需要迭代處理的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。所以，迭代過程中需要記錄prev、curr這2個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置信息。迭代過程實(shí)際就是調(diào)整prev和curr的過程，對(duì)于不刪除的情況，prev和curr依次向后移動(dòng)，刪除操作時(shí)，只移動(dòng)curr。
另外，對(duì)于第1個(gè)節(jié)點(diǎn)的情況需要特殊處理，所以需要一個(gè)額外的信息來表示是不是迭代第1個(gè)元素，因?yàn)楸疚拿枋龅牡鲗?duì)象含有3個(gè)信息。如下代碼所示：
int stepOnNext; //是否即將開始遍歷第二個(gè)以及之后的元素
struct HdfSListNode *prev; // points to the item before the current one 當(dāng)前被操作元素的前一個(gè)元素
struct HdfSListNode *curr; // points to the current item (to detect item removal) 當(dāng)前被操作的元素，可能剛操作完，被移除鏈表
};
上述代碼中prev和curr的作用已經(jīng)在前面詳細(xì)描述，而stepOnNext的意思就是是否已經(jīng)開始取第二個(gè)元素。即將第一個(gè)元素的獲取算法與第二個(gè)元素分開。
結(jié)論
在嵌入式開發(fā)中，在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中，在進(jìn)行OpenHarmony項(xiàng)目開發(fā)中，單鏈表都是很重要的，而本文只是其中一個(gè)軟件模塊的單鏈表實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)單鏈表的實(shí)現(xiàn)的圖示分析，特別是迭代器慣用法的分析，相信讀者對(duì)單鏈表以及迭代器的認(rèn)識(shí)都會(huì)進(jìn)一步提升。
