为什么 BSD 在链表条目中使用双指针？

Question

这是双链表中条目的 BSD 实现？

#define LIST_ENTRY(type)                        \
struct {                                \
    struct type *le_next;   /* next element */          \
    struct type **le_prev;  /* address of previous next element */  \
}

为什么他们使用双指针？ 为什么不只是有

#define LIST_ENTRY(type)                        \
struct {                                \
    struct type *le_next, *le_prev;     \
}

我看不出有什么问题，而且在我看来它看起来更简单，那么为什么不使用它呢？ 我错过了什么吗？

Answer 1

他们为什么使用双指针？

源文件包含相当好的解释性注释。 适用于这种特定数据结构的有：

 * A list is headed by a single forward pointer (or an array of forward * pointers for a hash table header). The elements are doubly linked * so that an arbitrary element can be removed without a need to * traverse the list. New elements can be added to the list before * or after an existing element or at the head of the list. A list * may only be traversed in the forward direction.

有几个关键的事情需要注意，其中包括：

1. 尽管节点具有可以访问前一个节点的指针，但这种列表仅用于前向遍历。

2. 该列表以单个指针为首。 暗示，这可以在源代码的其他地方得到验证，该单个指针不是列表节点 object 的成员。

3. 双重链接的原因是“以便可以删除任意元素而无需遍历列表”。 在两行之间读一点，我们可以认为如果我有一个指向节点的指针，那么我可以从它所属的列表中删除该节点，在列表遍历的上下文之外，即使它是列表中的第一个节点。

   在这方面请注意，这样的列表中的第一个节点没有struct type *可以指向的前驱节点（参见上面的（2）），但是对于完全在这样的列表中的节点，必须有是指向它的struct type * ，无论是在另一个节点中还是在列表 object 中。 给定一个指向该指针的struct type ** ，我们可以通过直接修改该指针而不是通过包含它的结构来实现删除。

4. 可以在任何节点之前或之后添加新元素。 与双指针有助于删除第一个节点的原因大致相同，它也有助于在第一个节点之前插入一个新节点——同样，无需遍历列表或知道该节点实际上是第一个节点，甚至不知道它属于哪个列表.

为什么不只是有

#define LIST_ENTRY(type) \ struct { \ struct type *le_next, *le_prev; \ }

我看不出有什么问题，而且我认为它看起来更简单，所以为什么不使用它呢？ 我错过了什么吗？

这将是双向链表中节点的常规形式。 它可以提供与上面 (3) 和 (4) 中描述的相同的删除和插入语义，前提是列表是用虚拟头节点构造的。 然而，对我来说，这个结构是如何实际使用的有点模糊，所以也许有一个原因导致这不可行。 或者这个选择可能只是为了一点空间效率。

无论如何，这不是列表的结构（参见（2））。 给定列表头的选定结构，需要先前节点的双指针结构来服务于该列表及其节点的既定目的。 因为该列表旨在仅向前遍历，所以双指针结构不是障碍。

Answer 2

@lundin你错了。 queue(3) 是在 1990 年代初发明的（它首先进入 4.4BSD；参见例如 NetBSD queue(3) 联机帮助页），当时 function 内联和高速缓存非常主流。 “不是双向链表”这一点毫无意义。 是 Smalltalk-80 中的双向链表，其引用是 Object 表的索引，该表本身指向 object 的额外实例变量，而不是双向链表，因为链接不是直接指针的形式？ 哪个权威机构规定

内联确实是艾伦的“八种优化转换”之一——她在 50 多年前详细说明了这一点？ 您是否可能对宏的使用感到困惑？ 这是 C 编程语言，它有一个宏预处理器。 如果您要构建类型安全的通用数据结构（如 queue(3) 提供的那样），那么宏几乎是不可避免的，如果您认为宏用于强制内联。 那么这是一个不正确的假设。 将类型安全与使用它们的通用性结合起来。

您对高速缓存的观点也不清楚。 你想说什么？ 我假设您想争辩说这里的间接性是低效率的。 但是由于le_prev指针指向前一个元素的le_next成员，即在您将指向的元素内（在另一种情况下，您有一个指向前一个元素的指针，如果有的话），整个 object本身（如果它适合缓存行）可能会被提取。 在另一种情况下，其中le_prev是指向前一个元素本身的指针，那么您很可能拥有超出第一个缓存行的链接。 我不相信这里有明显的好处。

更重要的是，这种对指向前一个元素的下一个元素指针或列表头的第一个元素指针的指针的通用处理消除了条件分支（是否存在前一个元素？如果没有，则修改列表头的而是第一个元素指针）。 消除这个分支是一个明显的好处。 它还提供了一个更符合人体工程学的界面（在插入之前不需要通过列表头。）

最后 - “考古学和怀旧”是一种奇怪的方式来谈论今天在许多地方使用的东西。 所有现代 BSD 都使用它（XNU 混合使用 queue(3)、Mach 的list.h和 C++ 代码中的其他内容）。 OpenSSH 和其他 BSD 提取软件使用它，许多其他程序也是如此。 我认为，如果不求助于肤浅或审美方面的考虑，这个论点根本无法成立。