bertos/struct/list.h

   1 /**
   2  * \file
   3  * <!--
   4  * This file is part of BeRTOS.
   5  *
   6  * Bertos is free software; you can redistribute it and/or modify
   7  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   9  * (at your option) any later version.
  10  *
  11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14  * GNU General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  17  * along with this program; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
  19  *
  20  * As a special exception, you may use this file as part of a free software
  21  * library without restriction.  Specifically, if other files instantiate
  22  * templates or use macros or inline functions from this file, or you compile
  23  * this file and link it with other files to produce an executable, this
  24  * file does not by itself cause the resulting executable to be covered by
  25  * the GNU General Public License.  This exception does not however
  26  * invalidate any other reasons why the executable file might be covered by
  27  * the GNU General Public License.
  28  *
  29  * Copyright 2003, 2004 Develer S.r.l. (http://www.develer.com/)
  30  * Copyright 2001, 2008 Bernie Innocenti <bernie@codewiz.org>
  31  * -->
  32  *
  33  * \defgroup list General purpose lists
  34  * \ingroup struct
  35  * \{
  36  *
  37  * \brief General pourpose double-linked lists
  38  *
  39  * Lists contain nodes. You can put any custom struct into any list as long
  40  * as it has a Node struct inside it. If you make the Node struct the first
  41  * member of your data type, you can simply cast it to (Node *) when passing
  42  * it to list functions.
  43  *
  44  * Lists must be initialized before use with LIST_INIT(). You can then add
  45  * objects using ADDHEAD() and ADDTAIL() macros, and remove them with
  46  * list_remHead() and list_remTail().
  47  *
  48  * You can create lists with priorities by using PriNode instead of Node as
  49  * the base member struct.
  50  * Use LIST_ENQUEUE() and LIST_ENQUEUE_HEAD() to insert a priority node into
  51  * a list.
  52  *
  53  * To iterate over a list, use the macros FOREACH_NODE() and REVERSE_FOREACH_NODE()
  54  * in this way:
  55  * \code
  56  * struct Foo
  57  * {
  58  *     Node n;
  59  *     int a;
  60  * }
  61  *
  62  * int main()
  63  * {
  64  *        List foo_list;
  65  *        static Foo foo1, foo2;
  66  *        Foo *fp;
  67  *
  68  *        LIST_INIT(&foo_list);
  69  *        ADDHEAD(&foo_list, (Node *)&foo1);
  70  *        INSERT_BEFORE(&foo_list, (Node *)&foo2);
  71  *        FOREACH_NODE(fp, &foo_list)
  72  *            fp->a = 10;
  73  * }
  74  * \endcode
  75  *
  76  * \author Bernie Innocenti <bernie@codewiz.org>
  77  */
  78
  79 #ifndef STRUCT_LIST_H
  80 #define STRUCT_LIST_H
  81
  82 #include <cfg/compiler.h> /* INLINE */
  83 #include <cfg/debug.h> /* ASSERT_VALID_PTR() */
  84
  85 /**
  86  * This structure represents a node for bidirectional lists.
  87  *
  88  * Data is usually appended to nodes by making them the first
  89  * field of another struture, as a poor-man's form of inheritance.
  90  */
  91 typedef struct _Node
  92 {
  93         struct _Node *succ;
  94         struct _Node *pred;
  95 } Node;
  96
  97 /**
  98  * Head of a doubly-linked list of \c Node structs.
  99  *
 100  * Lists must be initialized with LIST_INIT() prior to use.
 101  *
 102  * Nodes can be added and removed from either end of the list
 103  * with O(1) performance.  Iterating over these lists can be
 104  * tricky: use the FOREACH_NODE() macro instead.
 105  */
 106 typedef struct _List
 107 {
 108         Node head;
 109         Node tail;
 110 } List;
 111
 112 /**
 113  * Extended node for priority queues.
 114  */
 115 typedef struct _PriNode
 116 {
 117         Node link;
 118         int  pri;
 119 } PriNode;
 120
 121
 122 /**
 123  * Template for a naked node in a list of \a T structures.
 124  *
 125  * To be used as data member in other structures:
 126  *
 127  * \code
 128  *    struct Foo
 129  *    {
 130  *        DECLARE_NODE_ANON(struct Foo)
 131  *        int a;
 132  *        float b;
 133  *    }
 134  *
 135  *    DECLARE_LIST_TYPE(Foo);
 136  *
 137  *    void foo(void)
 138  *    {
 139  *        static LIST_TYPE(Foo) foo_list;
 140  *        static Foo foo1, foo2;
 141  *        Foo *fp;
 142  *
 143  *        LIST_INIT(&foo_list);
 144  *        ADDHEAD(&foo_list, &foo1);
 145  *        INSERT_BEFORE(&foo_list, &foo2);
 146  *        FOREACH_NODE(fp, &foo_list)
 147  *            fp->a = 10;
 148  *    }
 149  *
 150  * \endcode
 151  */
 152 #define DECLARE_NODE_ANON(T) \
 153         T *succ; T *pred;
 154
 155 /** Declare a typesafe node for structures of type \a T. */
 156 #define DECLARE_NODE_TYPE(T) \
 157         typedef struct T##Node { T *succ; T *pred; } T##Node
 158
 159 /** Template for a list of \a T structures. */
 160 #define DECLARE_LIST_TYPE(T) \
 161         DECLARE_NODE_TYPE(T); \
 162         typedef struct T##List { \
 163                  T##Node head; \
 164                  T##Node tail; \
 165         } T##List
 166
 167 #define NODE_TYPE(T) T##Node
 168 #define LIST_TYPE(T) T##List
 169
 170 /**
 171  * Get a pointer to the first node in a list.
 172  *
 173  * If \a l is empty, result points to l->tail.
 174  */
 175 #define LIST_HEAD(l) ((l)->head.succ)
 176
 177 /**
 178  * Get a pointer to the last node in a list.
 179  *
 180  * If \a l is empty, result points to l->head.
 181  */
 182 #define LIST_TAIL(l) ((l)->tail.pred)
 183
 184 // TODO: move in compiler.h
 185 #if COMPILER_TYPEOF
 186         #define TYPEOF_OR_VOIDPTR(type) typeof(type)
 187 #else
 188         #define TYPEOF_OR_VOIDPTR(type) void *
 189 #endif
 190
 191 /**
 192  * Iterate over all nodes in a list.
 193  *
 194  * This macro generates a "for" statement using the following parameters:
 195  * \param n   Node pointer to be used in each iteration.
 196  * \param l   Pointer to list.
 197  */
 198 #define FOREACH_NODE(n, l) \
 199         for( \
 200                 (n) = (TYPEOF_OR_VOIDPTR(n))LIST_HEAD(l); \
 201                 ((Node *)(n))->succ; \
 202                 (n) = (TYPEOF_OR_VOIDPTR(n))(((Node *)(n))->succ) \
 203         )
 204
 205 /**
 206  * Iterate backwards over all nodes in a list.
 207  *
 208  * This macro generates a "for" statement using the following parameters:
 209  * \param n   Node pointer to be used in each iteration.
 210  * \param l   Pointer to list.
 211  */
 212 #define REVERSE_FOREACH_NODE(n, l) \
 213         for( \
 214                 (n) = (TYPEOF_OR_VOIDPTR(n))LIST_TAIL(l); \
 215                 ((Node *)(n))->pred; \
 216                 (n) = (TYPEOF_OR_VOIDPTR(n))(((Node *)(n))->pred) \
 217         )
 218
 219 /** Initialize a list. */
 220 #define LIST_INIT(l) \
 221         do { \
 222                 (l)->head.succ = (TYPEOF_OR_VOIDPTR((l)->head.succ)) &(l)->tail; \
 223                 (l)->head.pred = NULL; \
 224                 (l)->tail.succ = NULL; \
 225                 (l)->tail.pred = (TYPEOF_OR_VOIDPTR((l)->tail.pred)) &(l)->head; \
 226         } while (0)
 227
 228 #ifdef _DEBUG
 229         /** Make sure that a list is valid (it was initialized and is not corrupted). */
 230         #define LIST_ASSERT_VALID(l) \
 231                 do { \
 232                         Node *n, *pred; \
 233                         ASSERT((l)->head.succ != NULL); \
 234                         ASSERT((l)->head.pred == NULL); \
 235                         ASSERT((l)->tail.succ == NULL); \
 236                         ASSERT((l)->tail.pred != NULL); \
 237                         pred = &(l)->head; \
 238                         FOREACH_NODE(n, l) \
 239                         { \
 240                                 ASSERT(n->pred == pred); \
 241                                 pred = n; \
 242                         } \
 243                         ASSERT(n == &(l)->tail); \
 244                 } while (0)
 245
 246         /// Checks that a node isn't part of a given list
 247         #define LIST_ASSERT_NOT_CONTAINS(list,node) \
 248                 do { \
 249                         Node *ln; \
 250                         ASSERT_VALID_PTR(list); \
 251                         ASSERT_VALID_PTR(node); \
 252                         FOREACH_NODE(ln, list) \
 253                                 ASSERT(ln != (Node *)(node)); \
 254                 } while (0)
 255
 256         #define INVALIDATE_NODE(n) ((n)->succ = (n)->pred = NULL)
 257 #else
 258         #define LIST_ASSERT_VALID(l) do {} while (0)
 259         #define LIST_ASSERT_NOT_CONTAINS(list,node) do {} while (0)
 260         #define INVALIDATE_NODE(n) do {} while (0)
 261 #endif
 262
 263 /** Tell whether a list is empty. */
 264 #define LIST_EMPTY(l)  ( (void *)((l)->head.succ) == (void *)(&(l)->tail) )
 265
 266 /** Add node to list head. */
 267 #define ADDHEAD(l,n) \
 268         do { \
 269                 LIST_ASSERT_NOT_CONTAINS((l),(n)); \
 270                 (n)->succ = (l)->head.succ; \
 271                 (n)->pred = (l)->head.succ->pred; \
 272                 (n)->succ->pred = (n); \
 273                 (n)->pred->succ = (n); \
 274         } while (0)
 275
 276 /** Add node to list tail. */
 277 #define ADDTAIL(l,n) \
 278         do { \
 279                 LIST_ASSERT_NOT_CONTAINS((l),(n)); \
 280                 (n)->succ = &(l)->tail; \
 281                 (n)->pred = (l)->tail.pred; \
 282                 (n)->pred->succ = (n); \
 283                 (l)->tail.pred = (n); \
 284         } while (0)
 285
 286 /**
 287  * Insert node \a n before node \a ln.
 288  *
 289  * \note You can't pass in a list header as \a ln, but
 290  *       it is safe to pass list-\>head of an empty list.
 291  */
 292 #define INSERT_BEFORE(n,ln) \
 293         do { \
 294                 ASSERT_VALID_PTR(n); \
 295                 ASSERT_VALID_PTR(ln); \
 296                 (n)->succ = (ln); \
 297                 (n)->pred = (ln)->pred; \
 298                 (ln)->pred->succ = (n); \
 299                 (ln)->pred = (n); \
 300         } while (0)
 301
 302 /**
 303  * Remove \a n from whatever list it is in.
 304  *
 305  * \note Removing a node that has not previously been
 306  *       inserted into a list invokes undefined behavior.
 307  */
 308 #define REMOVE(n) \
 309         do { \
 310                 ASSERT_VALID_PTR(n); \
 311                 (n)->pred->succ = (n)->succ; \
 312                 (n)->succ->pred = (n)->pred; \
 313                 INVALIDATE_NODE(n); \
 314         } while (0)
 315
 316 /**
 317  * Insert a priority node in a priority queue.
 318  *
 319  * The new node is inserted immediately before the first node with the same
 320  * priority or appended to the tail if no such node exists.
 321  */
 322 #define LIST_ENQUEUE_HEAD(list, node) \
 323         do { \
 324                 PriNode *ln; \
 325                 LIST_ASSERT_NOT_CONTAINS((list),(node)); \
 326                 FOREACH_NODE(ln, (list)) \
 327                         if (ln->pri <= (node)->pri) \
 328                                 break; \
 329                 INSERT_BEFORE(&(node)->link, &ln->link); \
 330         } while (0)
 331
 332 /**
 333  * Insert a priority node in a priority queue.
 334  *
 335  * The new node is inserted immediately before the first node with lower
 336  * priority or appended to the tail if no such node exists.
 337  */
 338 #define LIST_ENQUEUE(list, node) \
 339         do { \
 340                 PriNode *ln; \
 341                 LIST_ASSERT_NOT_CONTAINS((list),(node)); \
 342                 FOREACH_NODE(ln, (list)) \
 343                         if (ln->pri < (node)->pri) \
 344                                 break; \
 345                 INSERT_BEFORE(&(node)->link, &ln->link); \
 346         } while (0)
 347
 348
 349 /**
 350  * Unlink a node from the head of the list \a l.
 351  *
 352  * \return Pointer to node, or NULL if the list was empty.
 353  */
 354 INLINE Node *list_remHead(List *l)
 355 {
 356         Node *n;
 357
 358         ASSERT_VALID_PTR(l);
 359
 360         if (LIST_EMPTY(l))
 361                 return (Node *)0;
 362
 363         n = l->head.succ; /* Get first node. */
 364         l->head.succ = n->succ; /* Link list head to second node. */
 365         n->succ->pred = &l->head; /* Link second node to list head. */
 366
 367         INVALIDATE_NODE(n);
 368         return n;
 369 }
 370
 371 /**
 372  * Unlink a node from the tail of the list \a l.
 373  *
 374  * \return Pointer to node, or NULL if the list was empty.
 375  */
 376 INLINE Node *list_remTail(List *l)
 377 {
 378         Node *n;
 379
 380         ASSERT_VALID_PTR(l);
 381
 382         if (LIST_EMPTY(l))
 383                 return NULL;
 384
 385         n = l->tail.pred; /* Get last node. */
 386         l->tail.pred = n->pred; /* Link list tail to second last node. */
 387         n->pred->succ = &l->tail; /* Link second last node to list tail. */
 388
 389         INVALIDATE_NODE(n);
 390         return n;
 391 }
 392
 393 /** \} */ //defgroup list
 394
 395 #endif /* STRUCT_LIST_H */