python怎么实现redis双链表

1. Redis双链表概述

Redis是一款高性能的缓存数据库，其内置了很多数据结构来支持各种应用场景。其中的双链表是一种非常重要的数据结构，在Redis中被广泛使用。双链表由多个节点组成，每个节点同时具有前驱节点和后继节点，链表头节点没有前驱节点，链表尾节点没有后继节点。Redis中的双链表不仅支持在链表头和链表尾添加、删除节点，还支持在链表中间插入、删除节点，并且可以通过节点指针快速地定位到一个节点。

2. Redis双链表节点定义

2.1 节点定义

在Redis中，双链表节点的定义如下：

typedef struct listNode {

    struct listNode *prev;
    struct listNode *next;
    void *value;
} listNode;

其中prev指针指向前驱节点，next指针指向后继节点，value指向存储在节点中的值。

2.2 节点操作

Redis对节点的操作包括：

在链表头添加节点

在链表头删除节点

在链表尾添加节点

在链表尾删除节点

在指定节点之后插入节点

删除指定节点

3. Redis双链表的实现

3.1 链表头指针和链表节点数

在Redis中，每个链表都有一个指向头节点的指针，以及记录链表节点数的变量，如下所示：

typedef struct list {

    listNode *head;
    listNode *tail;
    unsigned long len;
} list;

其中head指向链表头节点，tail指向链表尾节点，len记录链表中节点的个数。

3.2 链表操作

Redis对链表的操作包括：

创建链表

释放链表

在链表头添加节点

在链表头删除节点

在链表尾添加节点

在链表尾删除节点

在指定节点之后插入节点

删除指定节点

下面将详细介绍这些链表操作的实现。

3.2.1 创建链表

在Redis中，创建链表的函数如下：

list *listCreate(void)

{
    struct list *l;
    if ((l = zmalloc(sizeof(*l))) == NULL)    // zmalloc是Redis的内存分配函数
        return NULL;
    l->head = l->tail = NULL;
    l->len = 0;
    return l;
}

函数中首先使用zmalloc函数分配内存，然后将链表头节点和链表尾节点都设置为NULL，链表节点数设置为0，最后返回链表指针。

3.2.2 释放链表

在Redis中，释放链表的函数如下：

void listRelease(list *list)

{
    unsigned long len = list->len;
    listNode *current, *next;
    current = list->head;
    while (len--) {
        next = current->next;
        zfree(current);
        current = next;
    }
    zfree(list);
}

函数首先记录链表节点数，然后从链表头开始遍历链表，释放每个节点占用的内存，最后释放链表占用的内存。

3.2.3 在链表头添加节点

在Redis中，将一个节点添加到链表头的函数如下：

listNode *listAddNodeHead(list *list, void *value)

{
    listNode *node;
    if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL)
        return NULL;
    node->value = value;
    if (list->len == 0) {
        list->head = list->tail = node;
        node->prev = node->next = NULL;
    } else {
        node->prev = NULL;
        node->next = list->head;
        list->head->prev = node;
        list->head = node;
    }
    list->len++;
    return node;
}

函数首先使用zmalloc函数分配内存，并设置节点的值为value。如果链表为空，则将链表头节点和链表尾节点都指向新节点，并且设置新节点的前驱节点和后继节点指针均为NULL。如果链表不为空，则将新节点的前驱节点指针设置为NULL，将新节点的后继节点指针设置为原来链表头节点的指针，将原来链表头节点的前驱节点指针指向新节点。最终更新链表头节点指针和链表节点数，并返回新节点指针。

3.2.4 在链表头删除节点

在Redis中，将链表头节点删除的函数如下：

void listDelNodeHead(list *list)

{
    listNode *node = list->head;
    if (list->len == 0)
        return;
    if (list->len == 1) {
        list->head = list->tail = NULL;
    } else {
        list->head = node->next;
        list->head->prev = NULL;
    }
    zfree(node);
    list->len--;
}

函数首先获取链表头节点指针，如果链表节点数为0，则直接返回。如果链表节点数为1，则将链表头节点指针和链表尾节点指针均设为NULL。如果链表节点数大于1，则将链表头节点指针指向原来链表头节点的后继节点，将原来链表头节点的下一个节点的前驱节点指针设为NULL。最后释放原来的链表头节点占用的内存，并更新链表节点数。

3.2.5 在链表尾添加节点

在Redis中，将一个节点添加到链表尾的函数如下：

listNode *listAddNodeTail(list *list, void *value)

{
    listNode *node;
    if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL)
        return NULL;
    node->value = value;
    if (list->len == 0) {
        list->head = list->tail = node;
        node->prev = node->next = NULL;
    } else {
        node->next = NULL;
        node->prev = list->tail;
        list->tail->next = node;
        list->tail = node;
    }
    list->len++;
    return node;
}

函数首先使用zmalloc函数分配内存，并设置节点的值为value。如果链表为空，则将链表头节点和链表尾节点都指向新节点，并且设置新节点的前驱节点和后继节点指针均为NULL。如果链表不为空，则将新节点的后继节点指针设置为NULL，将新节点的前驱节点指针设置为原来链表尾节点的指针，将原来链表尾节点的后继节点指针指向新节点。最终更新链表尾节点指针和链表节点数，并返回新节点指针。

3.2.6 在链表尾删除节点

在Redis中，将链表尾节点删除的函数如下：

void listDelNodeTail(list *list)

{
    listNode *node = list->tail;
    if (list->len == 0)
        return;
    if (list->len == 1) {
        list->head = list->tail = NULL;
    } else {
        list->tail = node->prev;
        list->tail->next = NULL;
    }
    zfree(node);
    list->len--;
}

函数首先获取链表尾节点指针，如果链表节点数为0，则直接返回。如果链表节点数为1，则将链表头节点指针和链表尾节点指针均设为NULL。如果链表节点数大于1，则将链表尾节点指针指向原来链表尾节点的前驱节点，将原来链表尾节点的上一个节点的后继节点指针设为NULL。最后释放原来的链表尾节点占用的内存，并更新链表节点数。

3.2.7 在指定节点之后插入节点

在Redis中，将一个节点插入到指定节点之后的函数如下：

listNode *listInsertNode(list *list, listNode *old_node, void *value, int after)

{
    listNode *node;
    if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL)
        return NULL;
    node->value = value;
    if (after == 1) {
        node->prev = old_node;
        node->next = old_node->next;
        if (old_node == list->tail)
            list->tail = node;
    } else {
        node->next = old_node;
        node->prev = old_node->prev;
        if (old_node == list->head)
            list->head = node;
    }
    if (node->prev)
        node->prev->next = node;
    if (node->next)
        node->next->prev = node;
    list->len++;
    return node;
}

函数首先使用zmalloc函数分配内存，并设置节点的值为value。然后根据after参数的值判断是将节点插入在旧节点之前还是之后。如果插入在旧节点之后，则新节点的前驱节点指针指向旧节点，新节点的后继节点指针指向旧节点的下一个节点。如果旧节点是链表尾节点，则将链表尾指针指向新节点。如果插入在旧节点之前，则新节点的前驱节点指针指向旧节点的前一个节点，新节点的后继节点指针指向旧节点。如果旧节点是链表头节点，则将链表头指针指向新节点。最后更新新节点前驱节点和后继节点的指针，并更新链表节点数。如果插入成功，则返回新节点指针，否则返回NULL。

3.2.8 删除指定节点

在Redis中，删除指定节点的函数如下：

void listDelNode(list *list, listNode *node)

{
    if (node->prev)
        node->prev->next = node->next;
    else
        list->head = node->next;
    if (node->next)
        node->next->prev = node->prev;
    else
        list->tail = node->prev;
    zfree(node);
    list->len--;
}

函数首先判断节点指针是否合法，然后修改删除节点前驱节点和后继节点的指针，如果删除节点是链表头节点，则将链表头指针指向删除节点的下一个节点，如果删除节点是链表尾节点，则将链表尾指针指向删除节点的前一个节点。最后释放删除节点占用的内存，并更新链表节点数。

总结

Redis双链表是Redis中非常重要的一种数据结构，支持在链表头和链表尾添加、删除节点，还支持在链表中间插入、删除节点，并且可以通过节点指针快速地定位到一个节点。Redis双链表的实现包括链表头指针和链表节点数、节点定义和节点操作等方面，每个操作都需要仔细编写代码，保证链表操作的正确性和高效性。对于开发者来说，熟练掌握Redis双链表的实现，可以更好地使用Redis进行开发。