Linux内核链表（list.h）实战：实现人员信息管理系统

一、内核链表的核心优势

传统链表通常将数据直接封装在链表节点中（如 struct node { data; struct node *next; }），这种设计的问题是：每一种数据类型都要重新实现一套链表操作（比如Person链表、Student链表各写一套add/del）。

而Linux内核链表的核心优势在于：

1. 通用性：链表节点（struct list_head）嵌入到业务数据结构体中，一套链表操作适配所有数据类型；
2. 低侵入性：无需修改业务数据结构的核心字段，仅需添加一个list_head成员；
3. 高效性：提供丰富的遍历、增删宏，底层由内核优化，兼顾性能与安全性；
4. 安全性：提供list_for_each_entry_safe等安全遍历宏，避免遍历中删除节点导致的崩溃。

二、内核链表核心原理

2.1 核心结构体定义

list.h 的核心是双向链表节点结构体，仅包含前驱/后继指针，不耦合任何业务数据：

struct list_head {
  struct list_head *next, *prev; // 前驱、后继指针
};

2.2 关键宏解析

内核链表的“通用魔法”依赖以下核心宏，是理解链表操作的关键：

宏	作用	核心逻辑
offsetof(TYPE, MEMBER)	计算结构体成员MEMBER相对于结构体起始地址的偏移量	通过(TYPE*)0虚拟结构体指针，取MEMBER的地址即为偏移量
container_of(ptr, type, member)	通过成员指针反向获取结构体指针	用成员地址 - 偏移量 = 结构体起始地址
list_entry(ptr, type, member)	封装container_of，通过list_head指针获取业务结构体指针	内核链表遍历的核心宏
list_for_each_entry_safe(pos, n, head, member)	安全遍历链表（允许遍历中删除节点）	提前保存下一个节点的指针，避免删除当前节点后遍历中断

2.3 核心操作接口

list.h 提供了链表的基础操作接口，无需重复实现：

接口	功能
LIST_HEAD(name)	定义并初始化链表头
list_add_tail(new, head)	将新节点添加到链表尾部（适合队列）
list_del(entry)	从链表中删除节点
list_empty(head)	判断链表是否为空

三、实战：人员信息管理系统

基于 list.h 实现人员（Person）信息的增、删、改、查、展示，完整代码可直接编译运行。

3.1 业务数据结构定义

将struct list_head嵌入到Person结构体中，作为链表节点：

#include "list.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// 人员信息结构体：核心业务数据 + 链表节点
typedef struct 
{
    char name[30];    // 姓名
    int age;          // 年龄
    struct list_head node; // 内核链表节点（嵌入）
    char addr[50];    // 地址
} Person;

// 定义并初始化链表头（全局链表，管理所有Person节点）
LIST_HEAD(PerHead);

3.2 核心功能实现

（1）添加人员（尾插法）

/**
 * @brief 添加人员到链表
 * @param name 姓名
 * @param age 年龄
 * @param addr 地址
 * @return 0-成功，1-失败
 */
int add_per(char* name, int age, char* addr)
{
    // 1. 分配Person内存
    Person* p = malloc(sizeof(Person));
    if (NULL == p)
    {
        perror("add_per malloc error");
        return 1;
    }
    // 2. 初始化业务数据
    strcpy(p->name, name);
    strcpy(p->addr, addr);
    p->age = age;
    // 3. 将节点添加到链表尾部（list_add_tail：尾插，符合队列顺序）
    list_add_tail(&p->node, &PerHead);
    printf("添加成功：%s（%d岁，地址：%s）\n", name, age, addr);
    return 0;
}

（2）删除人员（按姓名）

使用list_for_each_entry_safe安全遍历，避免删除节点导致遍历崩溃：

/**
 * @brief 按姓名删除人员
 * @param name 要删除的姓名
 * @return 0-成功，1-失败
 */
int del_per(char *name)
{
    Person* p, *n; // p：当前节点，n：下一个节点（安全遍历用）
    // 安全遍历链表：&PerHead是链表头，node是Person中的链表节点成员
    list_for_each_entry_safe(p, n, &PerHead, node)
    {
        if (0 == strcmp(p->name, name))
        {
            printf("删除成功：%s\n", name);
            list_del(&p->node); // 从链表中删除节点
            free(p);           // 释放Person内存（关键：避免内存泄露）
            return 0;
        }
    }
    printf("删除失败：未找到姓名%s\n", name);
    return 1;
}

（3）修改人员信息（按姓名）

/**
 * @brief 按旧姓名修改人员信息
 * @param oldname 原姓名
 * @param name 新姓名
 * @param age 新年龄
 * @param addr 新地址
 * @return 0-成功，1-失败
 */
int mod_per(char* oldname, char *name, int age, char* addr)
{
    Person* p, *n;
    list_for_each_entry_safe(p, n, &PerHead, node)
    {
        if (0 == strcmp(oldname, p->name))
        {
            // 更新数据
            strcpy(p->name, name);
            strcpy(p->addr, addr);
            p->age = age;
            printf("修改成功：%s → %s（%d岁，地址：%s）\n", oldname, name, age, addr);
            return 0;
        }
    }
    printf("修改失败：未找到姓名%s\n", oldname); // 修复原代码：提示旧姓名而非新姓名
    return 1;
}

（4）按姓名查询人员

补充原代码中空实现的find_per：

/**
 * @brief 按姓名查询人员
 * @param name 要查询的姓名
 * @return 0-成功，1-失败
 */
int find_per(char *name)
{
    Person* p, *n;
    list_for_each_entry_safe(p, n, &PerHead, node)
    {
        if (0 == strcmp(p->name, name))
        {
            printf("查询到：姓名=%s，年龄=%d，地址=%s\n", p->name, p->age, p->addr);
            return 0;
        }
    }
    printf("查询失败：未找到姓名%s\n", name);
    return 1;
}

（5）展示所有人员

/**
 * @brief 展示链表中所有人员信息
 * @return 0-成功
 */
int show_per()
{
    if (list_empty(&PerHead)) // 判断链表是否为空
    {
        printf("当前无人员信息\n");
        return 0;
    }
    Person* p, *n;
    printf("===== 人员列表 =====\n");
    list_for_each_entry_safe(p, n, &PerHead, node)
    {
        printf("姓名：%s，年龄：%d，地址：%s\n", p->name, p->age, p->addr);
    }
    printf("====================\n");
    return 0;
}

3.3 测试主函数

int main(int argc, char **argv)
{
    // 1. 添加人员
    add_per("zhangsan", 20, "北京市海淀区101号");
    add_per("lisi", 21, "上海市浦东新区102号");
    add_per("wangmaizi", 23, "广州市天河区103号");

    // 2. 展示所有人员
    show_per();

    // 3. 删除不存在的人员（测试失败场景）
    printf("----- 测试删除 -----\n");
    del_per("li1si");
    show_per();

    // 4. 修改人员信息
    printf("----- 测试修改 -----\n");
    mod_per("lisi", "aaa", 11, "深圳市南山区201号");
    show_per();

    // 5. 查询人员
    printf("----- 测试查询 -----\n");
    find_per("aaa");
    find_per("zhangsan123");

    return 0;
}

3.4 编译与运行结果

编译命令

# 将list.h和主代码放在同一目录，编译
gcc person_list.c -o person_list -Wall -g

运行输出

添加成功：zhangsan（20岁，地址：北京市海淀区101号）
添加成功：lisi（21岁，地址：上海市浦东新区102号）
添加成功：wangmaizi（23岁，地址：广州市天河区103号）
===== 人员列表 =====
姓名：zhangsan，年龄：20，地址：北京市海淀区101号
姓名：lisi，年龄：21，地址：上海市浦东新区102号
姓名：wangmaizi，年龄：23，地址：广州市天河区103号
====================
----- 测试删除 -----
删除失败：未找到姓名li1si
===== 人员列表 =====
姓名：zhangsan，年龄：20，地址：北京市海淀区101号
姓名：lisi，年龄：21，地址：上海市浦东新区102号
姓名：wangmaizi，年龄：23，地址：广州市天河区103号
====================
----- 测试修改 -----
修改成功：lisi → aaa（11岁，地址：深圳市南山区201号）
===== 人员列表 =====
姓名：zhangsan，年龄：20，地址：北京市海淀区101号
姓名：aaa，年龄：11，地址：深圳市南山区201号
姓名：wangmaizi，年龄：23，地址：广州市天河区103号
====================
----- 测试查询 -----
查询到：姓名=aaa，年龄=11，地址：深圳市南山区201号
查询失败：未找到姓名zhangsan123

四、内核链表使用注意事项

1. 内存管理：list_del仅从链表中移除节点，不会释放业务数据内存，需手动free（核心：避免内存泄露）；
2. 安全遍历：遍历中删除节点必须用list_for_each_entry_safe，否则会因next指针失效导致程序崩溃；
3. 链表头初始化：必须通过LIST_HEAD或INIT_LIST_HEAD初始化链表头，否则会出现野指针；
4. 字符串操作：使用strcpy时需确保目标数组足够大（如name[30]），避免缓冲区溢出（进阶可改用strncpy）。

五、总结

Linux内核链表（list.h）是“通用数据结构”的典范，其核心设计思想是将链表与业务数据解耦——通过嵌入list_head节点，实现一套操作适配所有数据类型。本文通过人员信息管理系统的实战，覆盖了内核链表的核心操作：

1. 嵌入链表节点到业务结构体；
2. 用list_add_tail添加节点、list_del删除节点；
3. 用list_for_each_entry_safe安全遍历；
4. 用container_of/list_entry实现链表节点到业务数据的转换。

掌握内核链表的使用，不仅能大幅减少重复代码，更能理解Linux内核的设计哲学——通用、高效、低耦合，这也是嵌入式开发和内核开发的核心思维之一。