解释使用联合的循环双向链表实现

Question

我在解释这个双向链表时遇到了一些麻烦：

struct _dnode {
    union {
        struct _dnode *head;
        struct _dnode *next;
    };
    union {
        struct _dnode *tail;
        struct _dnode *prev;
    };
};

typedef struct _dnode sys_dlist_t;
typedef struct _dnode sys_dnode_t;

并且在这个列表上定义了更多的函数，例如，查找给定节点是否是列表的头部：

static inline int sys_dlist_is_head(sys_dlist_t *list, sys_dnode_t *node)
{
    return list->head == node;
}

现在，我的问题是 -

(i) 为什么我们需要一个联合？那也是，以这种特定的方式？

(ii) 为什么列表中的list 和node 都是相同类型的指针？ （见typedef声明）

(iii) 如果我声明这种类型的列表，即。 data_node 项目将是 sys_dlist_t 类型的元素：

struct data_node{
    sys_dnode_t node;
    int data = 0;
} data_node[2];

我声明了一个节点：

sys_dnode_t *node = NULL;

然后如果我想遍历我的列表以检查 data_node 元素的 data 是否匹配例如数字 3。我可以通过类型转换来做到这一点 node （目前是一个指向类型的指针sys_dnode_t) 指向类型为data_node的指针？

现在，在代码中，这已经完成了，就像：

if (((struct data_node *)node)->data == 3) {
    break;
}

这让我很困惑。我可能错过了一些代码来解决这个问题，所以如果您需要更多信息，请告诉我。我们可以将node 指针类型转换为指向包含node 的某个结构，然后访问该结构的其他数据吗？这是如何工作的？

编辑 1： 关于此列表的更多信息：

“列表应该被初始化，这样头和尾指针都指向列表本身。以这种方式初始化列表可以简化向列表添加和删除节点。”

初始化如下：

static inline void sys_dlist_init(sys_dlist_t *list)
{
    list->head = (sys_dnode_t *)list;
    list->tail = (sys_dnode_t *)list;
}

Answer 1

(i) 为什么我们需要一个联合？那也是，以这种特定的方式？

很方便，因为这个列表是循环的。列表结构是列表中的一个伪节点。因此，节点可以看作是一个列表结构，也可以看作是列表中的节点。

另一个定义可能是：

union _dnode {
    struct {
        union _dnode *head;
        union _dnode *tail;
    };
    struct {
        union _dnode *next;
        union _dnode *prev;
    };
};

typedef union _dnode sys_dlist_t;
typedef union _dnode sys_dnode_t;

(ii) 为什么链表和链表的节点都是相同类型的指针？ （见 typedef 声明）

这样做也很方便，因为这些指针指向内存中的相同结构。

(iii) 如果我声明这种类型的列表，即。 data_node 项将是 sys_dlist_t 类型的元素...我可以通过将 node（当前是指向类型 sys_dnode_t 的指针）类型转换为指向类型 data_node 的指针来做到这一点吗？

可以，因为指向结构中第一个字段的指针和指向结构的指针是一样的。

节点字段不必是第一个，但简单的类型转换不能做到这一点。例如：

struct list_elem {
    int foo;
    char *bar;
    ...
    sys_dnode_t siblings;
};

sys_dnode_t *node;
struct list_elem *elem;

elem = (struct list_elem *)((char *)node - offsetof(struct list_elem, siblings));

或者如果你定义宏：

#define objectof(_ObjectT,_Field,x) \
    ((_ObjectT *)((char *)(x) - offsetof(_ObjectT,_Field)))

elem = objectof(struct list_elem, siblings, node);