C 实现链表的两种方法：哪种更好？

我通常知道用C设计通用链表数据结构的两种方法，我想知道哪种更好。在提问之前，我将简要介绍这两种方法：

一种方法是围绕如下结构构建函数：

struct list_element {
    struct list_element *prev;
    struct list_element *next;
    void *data;
};

显然，数据指针指向有效负载。列表元素结构在有效负载之外。例如，glib是如何设计其双链表功能的：

另一种方法是它在Linux内核中的实现方式：。列表元素结构中没有指向有效负载的空指针。相反，列表元素结构包含在有效负载结构中：

struct list_element {
    struct list_element *prev;
    struct list_element *next;
};

struct person {
    char name[20];
    unsigned int age;
    struct list_element list_entry;
};

一个特殊的宏用于获取一个指向有效负载结构的指针，给定一个指向list_条目的指针，该指针的名称包含有效负载结构和有效负载结构的类型（list_entry（）宏）

最后，这是一个问题：构建链表的两种方法中的后一种有什么好处？有几次我听到人们说第二种比第一种更“通用”，但为什么呢？我甚至认为第一种方法更通用，因为有效负载结构与列表实现无关，而第二种方法则不是这样。
第二种方法的另一个缺点是，如果要将有效负载放在多个列表中，则应该为有效负载结构中的每个列表添加一个struct list_元素成员

编辑： 总结到目前为止，我看到了两个对我很重要的答案：

• 对于第一种方法：从列表中删除有效负载涉及在整个列表中循环，直到找到指向有效负载的列表元素。您不需要使用第二种方法来执行此操作。（帕特里克的回答）
• 对于第一个方法，必须为每个元素执行两个malloc（）：一个用于有效负载，另一个用于列表元素结构。对于第二个方法，一个malloc（）就足够了。（罗迪的回答）

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第一个更好，因为您可以拥有完全没有数据的列表节点

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在第二个选项中，无论实际使用情况如何，您始终使用空格（例如，名称为20个字符）。

这是马的路线

第一种方法效率较低，因为它通常需要为每个列表元素提供两个

malloc（）

s和

free（）

s，以及一个额外的间接指针来访问它们，当然还有指针的存储空间

但是，它允许不同的列表元素具有不同大小的有效负载，这对于第二种方法来说可能更加尴尬

对于第二种方法，我将对结构进行重新排序，以使列表元素位于开始位置，这样就为不同的负载大小提供了一些灵活性

struct person {
    struct list_element list_entry;
    unsigned int age;
    char name[20];  // now could be variable length.
};

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第二种方法是侵入式列表。您必须修改要存储在列表中的结构。通过这种方法，您可以获得一点性能，因为间接性更少。如果您需要更灵活的解决方案，而不是最后一点性能，则应使用第一种方法。

第二种方法是“侵入式”；它需要修改列表中的类型。列表中的类型必须知道它在列表中。您必须能够修改结构以将其放在列表中

第一种方法不是侵入性的。它不需要对结构进行修改。您可以在列表中添加任何类型。您甚至可以在单个列表中包含异构类型，尽管这会带来很多问题。但是，即使基本类型不可修改，也可以将其放在列表的第一个类型中。与此相反，它需要更多的空间

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因此，如果您可以完全控制要放在列表中的数据类型（并且可以修改它以支持所需的列表），那么第二种类型比第一种类型有一些优势。在Linux内核的上下文中，满足了前提条件，这是有意义的。否则，第一种类型更灵活，但开销稍大。

我认为这更像是一个概念/分析问题。您正在处理的实体是否有列表或实例列表

换句话说，如果您在数据中管理的内容是独立存在的，那么第一个是有意义的，因为任何数据点都将被独立地操作。如果数据总是并且必然是列表的一部分，那么第二种方法可能更清晰

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与大多数设计决策一样，最重要的标准应该是更清晰和最明显的标准。

我认为这是一个非常主观的问题，因为没有给出标准来比较两者

对于简单的列表，我倾向于使用两者的组合

struct list_node {
    struct list_node *  prev;
    struct list_node *  next;
};

struct some_struct {
    struct list_node  node;
    ...
};

尽管这看起来与第二个几乎相同，但请注意，链表节点是“some_struct”的第一个元素。这意味着，当您前进到列表中的下一个节点或后退到上一个节点时，指针位于结构的开头。否则，我将被迫执行一些指针数学来开始“some_struct”。就目前而言，我可以简单地施放

然而，这种方法确实有其局限性。例如，如果我想要一个具有多个链表的结构，则列出的每个方法都有一个缺陷，即它需要指针算法才能到达至少一个结构的开头。为了解决这个问题，一些实现（如BSD VFS代码中的实现）使用宏来创建链表元素。在这些情况下，链表始终指向结构的起点，但宏包含代码，以便在需要时自动应用结构中节点的偏移量（用于前进到下一个或倒带上一个）

希望这有帮助

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编辑：修复了一些术语。

第一种方法似乎不太具侵入性，但在许多情况下并非如此（除非添加额外的数据结构）

想象你