FreeRTOS的列表和列表项 list.c文件详解

列表、列表项的定义以及初始化

列表相当于链表，列表项相当于节点，FreeRTOS中的列表相当于一个双向环形链表。
列表使用指针指向列表项。一个列表（list）下面可能有很多个列表项（list item），每个列表项都有一个指针指向列表。
与列表相关的全部东西都在文件list.c和list.h中。在list.h中定义了一个List_t的结构体。

列表的定义

在这里插入图片描述

typedef struct xLIST
{
	listFIRST_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE				/*用于检测列表项数据是否完整*/
	configLIST_VOLATILE UBaseType_t uxNumberOfItems;	/*记录列表中列表项的数量*/
	ListItem_t * configLIST_VOLATILE pxIndex;			/*用于遍历列表*/
	MiniListItem_t xListEnd;							/*列表项*/
	listSECOND_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE				/*用于检测列表项数据是否完整*/
} List_t;
  1. 第一句和最后一句用来检查列表的完整性。
    需要将宏configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES 设置为1，开启以后会向这两个地方分别添加一个变量xListIntegrityValue1和xListIntegrityValue2，在初始化列表的时候会这两个变量中写入一个特殊的值，默认不开启这个功能。
  2. uxNumberOfItems 用来记录列表中列表项的数量。
  3. pxIndex 用来记录当前列表项索引号，用于遍历列表。
  4. 列表项中最后一个列表项，用来表示列表结束，此变量类型为MiniListItem_t，是一个迷你列表项。

列表项的定义

列表项就是存放在列表中的项目，FreeRTOS提供了两种列表项：列表项和迷你列表项。这两种都在文件list.h中有定义。

xLIST_ITEM列表项

在这里插入图片描述

struct xLIST_ITEM
{
	listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE			/*用于检测列表项数据是否完整*/
	configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue;			/*列表项值*/  
	struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext;		/*指向列表中下一个列表项*/
	struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious;	/*指向列表中上一个列表项*/
	void * pvOwner;										/*指向一个任务*/
	void * configLIST_VOLATILE pvContainer;				/*指向包含该列表项的列表 */
	listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE			/*用于检测列表项数据是否完整*/
};
typedef struct xLIST_ITEM ListItem_t;
  1. 第一句和最后一句，用来检查列表项的完整性。
  2. xItemValue列表项的值。
  3. pxNext指向下一个列表项。
  4. pxPrevious指向前一个列表项，和pxNext配合起来实现类似双向链表的功能。
  5. pvOwner记录此列表项归谁拥有，通常是任务控制块。
  6. pvContainer用来记录此列表项归哪个列表。
    注意与pvOwner的区别，在TCB_t中有两个变量xStateListItem和xEventListItem，这两个变量的类型就是ListItem_t，也就是说这两个成员变量都是列表项，以xStateListItem为例，当创建一个任务以后，xStateListItem的pvOwner就指向这个任务的控制块，表示xStateListItem属于此任务。当任务就绪以后，xStateListItem的变量pvContainer就指向就绪列表，表明此列表项在就绪列表中。

xMINI_LIST_ITEM列表项

末尾列表项就是迷你列表项的一种，这里放末尾列表项的定义图。
在这里插入图片描述

struct xMINI_LIST_ITEM
{
	listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE			/*用于检测列表项数据是否完整*/
	configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue;
	struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext;
	struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious;
};
typedef struct xMINI_LIST_ITEM MiniListItem_t;
  1. 第一句检测列表项的完整性。
  2. xItemValue记录列表列表项的值。
  3. pxNext指向下一个列表项
  4. pxPrevious指向上一个列表项
    迷你列表项比列表项少几个成员变量，迷你列表项有的成员变量，列表项都有。为什么还要使用迷你列表项呢？因为有些情况下，我们不需要这么全的功能，可能只需要其中某几个成员变量，如果此时用列表的话会造成内存浪费。例如上面列表结构体List_t中表示最后一个列表项的成员变量xListEnd 就是MiniListItem_t类型。

列表的初始化

在这里插入图片描述

如上图所示，列表初始化，列表的pxindex指向列表末尾项，把末尾的列表项初始化为最大值(0xFFFFFFFF)，列表末尾项的前指针和后指针都指向它本身。下面是具体的初始化代码：

void vListInitialise( List_t * const pxList )
{
	/*初始化时，列表中只有xListEnd，因此pxIndex指向xListEnd*/
	pxList->pxIndex = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );			

	/*xListEnd的值初始化为最大值，用于列表项升序排序时，排在最后。*/
	pxList->xListEnd.xItemValue = portMAX_DELAY;

	/*初始化时，列表只有一个xListEnd，因此上一个和下一个列表都是它本身。*/
	pxList->xListEnd.pxNext = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );	
	pxList->xListEnd.pxPrevious = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );
	
	/*初始化时，列表中的列表项数量为0（不包含xListEnd）*/
	pxList->uxNumberOfItems = ( UBaseType_t ) 0U;

	/*初始化用于检测列表数据完整性的校验值*/
	listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_1_VALUE( pxList );
	listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_2_VALUE( pxList );
}

列表项的初始化

从xLIST_ITEM列表项可知，链表节点ListItem_t 总共有5个成员，但是初始化的时候只需将pvContainer初始化为空即可。
pvContainer初始化为空表示该节点还没有插入到任何链表。
在这里插入图片描述

void vListInitialiseItem( ListItem_t * const pxItem )
{
	/* 初始化时，列表项所在列表设为空。 */
	pxItem->pvContainer = NULL;

	/* 初始化用于检测列表数据完整性的校验值 */
	listSET_FIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE( pxItem );
	listSET_SECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE( pxItem );
}

列表操作

1. 插入列表尾部

在这里插入图片描述

  1. 首先获取列表pxList中指针pxIndex 指向的列表项，如上图，如果是一个新的列表，pxIndex 指向的应该是末尾列表项。
  2. 将待插入列表项pxNewListItem的pxNext指向末尾列表项， 将待插入列表项pxNewListItem的pxPrevious 指向末尾列表项的pxPrevious。
  3. 将列表中的末尾列表项的前指向pxPrevious指向插入列表项pxNewListItem。将原来列表项前指向的对象的后指向绑定为pxNewListItem。
  4. 将添加的新列表项归属到列表中。
  5. 更新列表中列表项的数量。
void vListInsertEnd( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem )
{
	/* 获取列表pxIndex指向的列表项 */
	ListItem_t * const pxIndex = pxList->pxIndex;

	/* 仅当同时定义了confgASSERT()时才有效，这些测试可能会捕获正在内存中覆盖的列表数据结构。它们不会捕获由于不正确配置或使用FreeRTOS而导致的数据错误. */
	listTEST_LIST_INTEGRITY( pxList );
	listTEST_LIST_ITEM_INTEGRITY( pxNewListItem );

	/* 更新待插入列表项的指针成员变量 */
	pxNewListItem->pxNext = pxIndex;
	pxNewListItem->pxPrevious = pxIndex->pxPrevious;
	
	/* 仅在决策覆盖测试期间使用。*/
	mtCOVERAGE_TEST_DELAY();
	
	/* 更新列表中原本列表项的指针成员变量 */
	pxIndex->pxPrevious->pxNext = pxNewListItem;
	pxIndex->pxPrevious = pxNewListItem;
	
	/* 列表项的归属 */
	pxNewListItem->pvContainer = ( void * ) pxList;
	
	/* 更新列表中列表项的数量 */
	( pxList->uxNumberOfItems )++;
}

2. 升序插入列表

在这里插入图片描述

  1. 获取要添加列表项的数值，在后面用来比较排列。
  2. 根据列表项的数值，找到列表项要插入的位置，按照升序排列。如果是列表项数值为最大值，指向末尾列表项。否则，迭代找到列表项要插入的位置。然后根据升序排列，插入列表项，再将列表项加到列表里，列表的数量再加1。
  3. 如上图，是按照升序排列，将节点插入到链表。假设将一个节点排序辅助值是2的节点插入到有两个节点的链表中，这两个现有的节点的排序辅助值分别是1和3，那么插入过程的示意图具体见图。
void vListInsert( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem )
{
	ListItem_t *pxIterator;
	/* 获取列表项的数值，依据数值升序排列。 */
	const TickType_t xValueOfInsertion = pxNewListItem->xItemValue;
	
	listTEST_LIST_INTEGRITY( pxList ); 
	listTEST_LIST_ITEM_INTEGRITY( pxNewListItem );	

	/*寻找节点要插入的位置*/
	if( xValueOfInsertion == portMAX_DELAY )	/* 如果待插入列表项的值为最大值 */
	{
		pxIterator = pxList->xListEnd.pxPrevious;
	}
	else
	{
		for( pxIterator = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd ); pxIterator->pxNext->xItemValue <= xValueOfInsertion; pxIterator = pxIterator->pxNext ) 
		{
			/* 没有事情可做，不断迭代只为了找到节点要插入的位置 */
		}
	}
	
	/* 根据升序排列，将节点插入 */
	pxNewListItem->pxNext = pxIterator->pxNext;
	pxNewListItem->pxNext->pxPrevious = pxNewListItem;
	pxNewListItem->pxPrevious = pxIterator;
	pxIterator->pxNext = pxNewListItem;

	/* 更新插入列表项的归属列表 */
	pxNewListItem->pvContainer = ( void * ) pxList;
	/* 列表中的列表项数+1 */
	( pxList->uxNumberOfItems )++;
}

3. 移除一个列表项

传入参数：pxItemToRemove是指向待移除的列表项的指针。
返回参数：移除后列表中列表项的数量。

  1. 首先通过指向列表项的指针获得列表项中所记录的列表信息，通过pvContainer结构体成员获得。
  2. 将（需要移除列表项）的（下一个列表项）的（前指针指向对象）指向（需要移除列表项）的（前指针指向对象）。将（需要移除列表项）的（前指针指向对象）的（后指针指向对象）指向（需要移除列表项）的（后指针指向对象）。简单地说，就是把需要移除的列表项在链表中解除指向。
  3. 如果列表正指向待移除的列表项，将其指向待移除的上一个列表项。（因为这个列表项我们要从列表中移除，所以列表不应该还能指向它。）
  4. 将待移除的列表项中的列表信息情况。（这样这个列表项就和列表没有任何关系了。）
  5. 更新列表中列表项的数目。
  6. 返回移除列表项后，列表中剩余列表项的数目。
    在这里插入图片描述
UBaseType_t uxListRemove( ListItem_t * const pxItemToRemove )
{
	/* 从列表项的pvContainer中获取列表项所在的列表 */
	List_t * const pxList = ( List_t * ) pxItemToRemove->pvContainer;

	pxItemToRemove->pxNext->pxPrevious = pxItemToRemove->pxPrevious;
	pxItemToRemove->pxPrevious->pxNext = pxItemToRemove->pxNext;

	/* 仅在决策覆盖测试期间使用 */
	mtCOVERAGE_TEST_DELAY();

	/* 确保索引指向一个有效的项目 */
	if( pxList->pxIndex == pxItemToRemove )
	{
		pxList->pxIndex = pxItemToRemove->pxPrevious;
	}
	else
	{
		mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
	}
	/* 列表项的列表指针指向清空 */
	pxItemToRemove->pvContainer = NULL;
	/* 列表的列表项数目-1 */
	( pxList->uxNumberOfItems )--;
	
	return pxList->uxNumberOfItems;
}

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