接上篇：从单片机到操作系统④——FreeRTOS创建任务&开启

FreeRTOS列表&列表项的源码解读
6 `" h- L; I9 k8 {1 M/ u8 W1 A

     第一次看列表与列表项的时候，感觉很像是链表，虽然我自己的链表也不太会，但是就是感觉很像。

     在FreeRTOS中，列表与列表项使用得非常多，是FreeRTOS的一个数据结构，学习过数据结构的同学都知道，数据结构能使我们处理数据更加方便快速，能快速找到数据，在FreeRTOS中，这种列表与列表项更是必不可少的，能让我们的系统跑起来更加流畅迅速。

( t. U) `1 o0 `/ _5 d

     言归正传，FreeRTOS中使用了大量的列表（List）与列表项（Listitem），在FreeRTOS调度器中，就是用到这些来跟着任务，了解任务的状态，处于挂起、阻塞态、还是就绪态亦或者是运行态。这些信息都会在各自任务的列表中得到。

看任务控制块（tskTaskControlBlock）中的两个列表项：

1    ListItem_t          xStateListItem; /*< The list that the state list item of a task is reference from denotes the state of that task (Ready, Blocked, Suspended ). */
0 }- G2 A4 M3 W; f8 O8 [* r2    ListItem_t          xEventListItem;     /*< Used to reference a task from an event list. */

一个是状态的列表项，一个是事件列表项。他们在创建任务就会被初始化，列表项的初始化是根据实际需要来初始化的，下面会说。

0 ^) Z* Y+ n/ e0 }& R/ i* m& Y) r! VFreeRTOS列表&列表项的结构体

     既然知道列表与列表项的重要性，那么我们来解读FreeRTOS中的list.c与list.h的源码吧。从头文件lsit.h开始，看到定义了一些结构体：

1struct xLIST_ITEM
9 r8 V% V$ @# Z( X6 {' V: f( [" }% i 2{
) Z  j9 V7 F) h, o2 u( n0 h 3    listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE / * <如果configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES设置为1，则设置为已知值。* /
! W7 Q- O$ M( o( k 4    configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue; / * <正在列出的值。在大多数情况下，这用于按降序对列表进行排序。 * /
1 x( g$ g, |/ t3 S: f& y: t2 Q" L! o 5    struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext; / * <指向列表中下一个ListItem_t的指针。 * /
6    struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious; / * <指向列表中前一个ListItem_t的指针。 * /
) B% M3 v  b9 }# s# y' { 7    void * pvOwner; / * <指向包含列表项目的对象（通常是TCB）的指针。因此，包含列表项目的对象与列表项目本身之间存在双向链接。 * /
1 D1 g  M  `. p/ W$ {( K! |7 g 8    void * configLIST_VOLATILE pvContainer; / * <指向此列表项目所在列表的指针（如果有）。 * /
9    listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE / * <如果configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES设置为1，则设置为已知值。* /
10};
11    typedef struct xLIST_ITEM ListItem_t;

列表项结构体的一些注意的地方：

     xItemValue 用于列表项的排序，类似1—2—3—4

     pxNext 指向下一个列表项的指针

     pxPrevious 指向上（前）一个列表项的指针

这两个指针实现了类似双向链表的功能

    pvOwner 指向包含列表项目的对象（通常是任务控制块TCB）的指针。因此，包含列表项目的对象与列表项目本身之间存在双向链接。

     pvContainer 记录了该列表项属于哪个列表，说白点就是这个儿子是谁生的。。。

; c: ^! u' I' L  M

     同时定义了一个MINI的列表项的结构体，MINI列表项是删减版的列表项，因为很多时候不需要完全版的列表项。就不用浪费那么多内存空间了，这或许就是FreeRTOS是轻量级操作系统的原因吧，能省一点是一点。MINI列表项：

1struct xMINI_LIST_ITEM
2{
3    listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE           /*< Set to a known value if configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES is set to 1. */
4    configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue;
$ |3 Y' s0 X5 C: Y5    struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext;
6    struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious;
7};
' i  c5 y% z8 o6 Q' p* s8typedef struct xMINI_LIST_ITEM MiniListItem_t;

  再定义了一个列表的结构体，可能看到这里，一些同学已经蒙了，列表与列表项是啥关系啊，按照杰杰的理解，是类似父子关系的，一个列表中，包含多个列表项，就像一个父亲，生了好多孩子，而列表就是父亲，列表项就是孩子。

1typedef struct xLIST
2{
3   listFIRST_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE / * <如果configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES设置为1，则设置为已知值。* /
3 }" g9 J( Q4 A- O3 b4   configLIST_VOLATILE UBaseType_t uxNumberOfItems;
5 W2 b7 f- b1 \, t+ D5   ListItem_t * configLIST_VOLATILE pxIndex; / * <用于遍历列表。 指向由listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY（）调用返回的后一个列表项。*/
6   MiniListItem_t xListEnd; / * <List item包含最大可能的项目值，这意味着它始终在列表的末尾，因此用作标记。*/
6 h" l3 k  k% J: A2 n7 d7   listSECOND_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE / * <如果configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES设置为1，则设置为已知值。* /
8} List_t;
; E. d% \& x) j

列表的结构体中值得注意的是：

     uxNumberOfItems 是用来记录列表中列表项的数量的，就是记录父亲有多少个儿子，当然女儿也行~。

     pxIndex 是索引编号，用来遍历列表的，调用宏listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY（）之后索引就会指向返回当前列表项的下一个列表项。

     xListEnd 指向的是最后一个列表项，并且这个列表项是MiniListItem属性的，是一个迷你列表项。

列表的初始化

  函数：

1void vListInitialise( List_t * const pxList )
2{
3    pxList->pxIndex = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );           /*lint The mini list structure is used as the list end to save RAM.  This is checked and valid. */
4    pxList->xListEnd.xItemValue = portMAX_DELAY;
6 t* ]+ Z1 t& P! b' l 5    pxList->xListEnd.pxNext = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );   /*lint The mini list structure is used as the list end to save RAM.  This is checked and valid. */
6    pxList->xListEnd.pxPrevious = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );/*lint The mini list structure is used as the list end to save RAM.  This is checked and valid. */
/ R( s! a3 u1 x- R) S1 [7 L! Y- I 7    pxList->uxNumberOfItems = ( UBaseType_t ) 0U;
8    listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_1_VALUE( pxList );
9    listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_2_VALUE( pxList );
10}
. Y  I0 p  w) ^9 a7 \

  将列表的索引指向列表中的xListEnd，也就是末尾的列表项（迷你列表项）

     列表项的xItemValue数值为portMAX_DELAY，也就是0xffffffffUL，如果在16位处理器中则为0xffff。

     列表项的pxNext与pxPrevious这两个指针都指向自己本身xListEnd。

      初始化完成的时候列表项的数目为0个。因为还没添加列表项嘛~。

6 J2 T8 q0 V$ n2 C9 _列表项的初始化

函数：

1void vListInitialiseItem( ListItem_t * const pxItem )
, [3 X. Y" o& M- _) z2{
3    /* Make sure the list item is not recorded as being on a list. */
; T* B3 h, P1 I  y( e/ ]  X4    pxItem->pvContainer = NULL;
' A' D9 x) {- R$ A  q  y5    /* Write known values into the list item if
6    configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES is set to 1. */
% }8 N6 j' \# W: V7    listSET_FIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE( pxItem );
8    listSET_SECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE( pxItem );
4 h% o6 R! U4 {6 V9}
# r0 U# v2 j1 A; I

  只需要让列表项的pvContainer指针指向NULL即可，这样子就使得列表项不属于任何一个列表，因为列表项的初始化是要根据实际的情况来进行初始化的。

  例如任务创建时用到的一些列表项初始化：

1pxNewTCB->pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN - 1 ] = '\0';
2pxNewTCB->uxPriority = uxPriority;
3pxNewTCB->uxBasePriority = uxPriority;
4pxNewTCB->uxMutexesHeld = 0;
/ `, I- ?  Q! s3 C- e5    vListInitialiseItem( &( pxNewTCB->xStateListItem ) );
- t( S2 c! h" c  R6    vListInitialiseItem( &( pxNewTCB->xEventListItem ) );
0 E& {; N8 T2 c! e) ]

  又或者是在定时器相关的初始化中：

1        pxNewTimer->pcTimerName = pcTimerName;
2        pxNewTimer->xTimerPeriodInTicks = xTimerPeriodInTicks;
3        pxNewTimer->uxAutoReload = uxAutoReload;
* N: A% ~5 @8 j" t2 I4        pxNewTimer->pvTimerID = pvTimerID;
5        pxNewTimer->pxCallbackFunction = pxCallbackFunction;
% N* @9 w, O. x: D$ A% d. a6        vListInitialiseItem( &( pxNewTimer->xTimerListItem ) );
列表项的末尾插入

  函数：

1void vListInsertEnd( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem )
  M' q, S$ N/ i3 L, Y 2{
3ListItem_t * const pxIndex = pxList->pxIndex;
! y2 A0 t0 t7 i% Z% {: w, k* Y 4    listTEST_LIST_INTEGRITY( pxList );
5    listTEST_LIST_ITEM_INTEGRITY( pxNewListItem );
6    listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY(). */
( F1 G. e* [: X 7    pxNewListItem->pxNext = pxIndex;    //  1
: i6 ~4 t' s; t 8    pxNewListItem->pxPrevious = pxIndex->pxPrevious;    //  2
9    /* Only used during decision coverage testing. */
10    mtCOVERAGE_TEST_DELAY();
7 [9 ]+ F7 x) J/ a$ E  V11    pxIndex->pxPrevious->pxNext = pxNewListItem;        //  3
3 m- v1 w( ~5 u1 A( P5 Z- c" c  F+ A12    pxIndex->pxPrevious = pxNewListItem;                //  4
3 f/ Z8 ~+ V8 L! W- |$ W' r13    /* Remember which list the item is in. */
" Y5 d( P: Q( Q% z% t; w' Q14    pxNewListItem->pvContainer = ( void * ) pxList;
15    ( pxList->uxNumberOfItems )++;
! ?7 S) }& c, ^2 k% O2 O! K7 t16}

传入的参数：

         pxList：列表项要插入的列表。

         pxNewListItem：要插入的列表项是什么。

         从末尾插入，那就要先知道哪里是头咯，我们在列表中的成员pxIndex就是用来遍历列表项的啊，那它指向的地方就是列表项的头，那么既然FreeRTOS中的列表很像数据结构中的双向链表，那么，我们可以把它看成一个环，是首尾相连的，那么函数中说的末尾，就是列表项头的前一个，很显然其结构图应该是下图这样子的（初始化结束后pxIndex指向了xListEnd）：

为什么是这样子的呢，一句句代码来解释：

一开始：

ListItem_t * const pxIndex = pxList->pxIndex;

保存了一开始的索引列表项（xListEnd）的指向。

pxNewListItem->pxNext = pxIndex;         //  1

新列表项的下一个指向为索引列表项，也就是绿色的箭头。

pxNewListItem->pxPrevious = pxIndex->pxPrevious;      //  2

刚开始我们初始化完成的时候pxIndex->pxPrevious的指向为自己xListEnd，那么xNewListItem->pxPrevious的指向为xListEnd。如2紫色的箭头。

pxIndex->pxPrevious->pxNext = pxNewListItem;             //  3

索引列表项（xListEnd）的上一个列表项还是自己，那么自己的下一个列表项指向就是指向了pxNewListItem。

pxIndex->pxPrevious = pxNewListItem;                              //  4

这句就很容易理解啦。如图的4橙色的箭头。

插入完毕的时候标记一下新的列表项插入了哪个列表，并且将uxNumberOfItems进行加一，以表示多了一个列表项。

为什么源码要这样子写呢？因为这只是两个列表项，一个列表含有多个列表项，那么这段代码的通用性就很强了。无论原本列表中有多少个列表项，也无论pxIndex指向哪个列表项！

看看是不是按照源码中那样插入呢？

列表项的插入

源码：

1void vListInsert( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem )
2{
! G* r, @7 o& Y6 w+ E% a 3ListItem_t *pxIterator;
4const TickType_t xValueOfInsertion = pxNewListItem->xItemValue;
5    listTEST_LIST_INTEGRITY( pxList );
: x3 I. V0 v2 T& Q6 k2 ]6 h& ?2 \% e 6    listTEST_LIST_ITEM_INTEGRITY( pxNewListItem );
7    if( xValueOfInsertion == portMAX_DELAY )
8    {
9        pxIterator = pxList->xListEnd.pxPrevious;
& v: o' U/ I8 y9 \+ D/ N10    }
11    else
12    {
13        for( pxIterator = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd ); pxIterator->pxNext->xItemValue <= xValueOfInsertion; pxIterator = pxIterator->pxNext ) /*lint !e826 !e740 The mini list structure is used as the list end to save RAM.  This is checked and valid. */
14        {
( ~+ g4 ?" j3 G' w4 S15            /* There is nothing to do here, just iterating to the wanted
& s) M# @, Z, {5 K) e% f5 n16            insertion position. */
17        }
) G4 x' s# N8 T& y18    }
19    pxNewListItem->pxNext = pxIterator->pxNext;
9 l/ W& U4 _4 g3 B, x20    pxNewListItem->pxNext->pxPrevious = pxNewListItem;
21    pxNewListItem->pxPrevious = pxIterator;
22    pxIterator->pxNext = pxNewListItem;
23    /* Remember which list the item is in.  This allows fast removal of the
$ R: J. D# l" m- y/ G24    item later. */
25    pxNewListItem->pvContainer = ( void * ) pxList;
) ]9 k6 L# m' S/ E$ K, `* o26    ( pxList->uxNumberOfItems )++;
$ \1 S: _* y2 b" `9 b$ j27}
9 q1 t+ q, K: F9 h

传入的参数：

     pxList：列表项要插入的列表。

     pxNewListItem：要插入的列表项是什么。

- f4 o% @. U7 i( o, }. `. s

pxList决定了插入哪个列表，pxNewListItem中的xItemValue值决定了列表项插入列表的位置。

ListItem_t *pxIterator;  2const TickType_t xValueOfInsertion = pxNewListItem->xItemValue;

  定义一个辅助的列表项pxIterator，用来迭代找出插入新列表项的位置，并且保存获取要插入的列表项pxNewListItem的xItemValue。

  如果打开了列表项完整性检查，就要用户实现configASSERT()，源码中有说明。

  既然是要插入列表项，那么肯定是要知道列表项的位置了，如果新插入列表项的xItemValue是最大的话（portMAX_DELAY），就直接插入列表项的末尾。否则就需要比较列表中各个列表项的xItemValue的大小来进行排列。然后得出新列表项插入的位置。

for( pxIterator = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd ); pxIterator->pxNext->xItemValue <= xValueOfInsertion; pxIterator = pxIterator->pxNext )

  上面源码就是实现比较的过程。

与上面的从列表项末尾插入的源码一样，FreeRTOS的代码通用性很强，逻辑思维也很强。

         如果列表中列表项的数量为0，那么插入的列表项就是在初始化列表项的后面。如下图所示：

过程分析：

新列表项的pxNext指向pxIterator->pxNext，也就是指向了xListEnd（pxIterator）。

pxNewListItem->pxNext = pxIterator->pxNext;

    而xListEnd（pxIterator）的pxPrevious指向则为pxNewListItem。

pxNewListItem->pxNext->pxPrevious = pxNewListItem;

     新列表项的（pxPrevious）指针指向xListEnd（pxIterator）

  pxIterator 的 pxNext 指向了新列表项
; F9 K- f3 _# _/ z

pxNewListItem->pxPrevious = pxIterator;2pxIterator->pxNext = pxNewListItem;

与从末尾插入列表项其实是一样的，前提是当前列表中列表项的数目为0。

! G& ^5 J% M1 g! d& }* O

     假如列表项中已经有了元素呢，过程又是不一样的了。原来的列表是下图这样子的：

  假设插入的列表项的xItemValue是2，而原有的列表项的xItemValue值是3，那么，按照源码，我们插入的列表项是在中间了。而pxIterator则是①号列表项。

插入后的效果：

分析一下插入的过程：

      新的列表项的pxNext指向的是pxIterator->pxNext，也就是③号列表项。因为一开始pxIterator->pxNext=指向的就是③号列表项！！

pxNewListItem->pxNext = pxIterator->pxNext;

     而pxNewListItem->pxNext 即③号列表项的指向上一个列表项指针（pxPrevious）的则指向新插入的列表项，也就是②号列表项了。

pxNewListItem->pxNext->pxPrevious = pxNewListItem;

     新插入列表项的指向上一个列表项的指针pxNewListItem->pxPrevious指向了辅助列表项pxIterator。很显然要连接起来嘛！

pxNewListItem->pxPrevious = pxIterator;     

     同理，pxIterator列表项的指向下一个列表项的指针则指向新插入的列表项了pxNewListItem。

pxIterator->pxNext = pxNewListItem;

而其他没改变指向的地方不需改动。（图中的两条直线做的连接线是不需要改动的）

当插入完成的时候，记录一下新插入的列表项属于哪个列表。并且让该列表下的列表项数目加一。

pxNewListItem->pvContainer = ( void * ) pxList;2         ( pxList->uxNumberOfItems )++;
9 U; l5 n/ A% O7 z' \删除列表项

    源码：

1UBaseType_t uxListRemove( ListItem_t * const pxItemToRemove )
2{
3/* The list item knows which list it is in.  Obtain the list from the list
4item. */
! W" ?0 g  a. R% t 5List_t * const pxList = ( List_t * ) pxItemToRemove->pvContainer;
6    pxItemToRemove->pxNext->pxPrevious = pxItemToRemove->pxPrevious;
7    pxItemToRemove->pxPrevious->pxNext = pxItemToRemove->pxNext;
8    /* Only used during decision coverage testing. */
) \/ F; ]$ j1 \- O7 _  M) Y 9    mtCOVERAGE_TEST_DELAY();
10    /* Make sure the index is left pointing to a valid item. */
8 P. U$ x0 L$ ?# h6 w5 p  e11    if( pxList->pxIndex == pxItemToRemove )
12    {
7 s3 ~! s4 X( a5 ^# }13        pxList->pxIndex = pxItemToRemove->pxPrevious;
3 o5 R& L/ i) ~3 N: B. _14    }
15    else
16    {
17        mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
18    }
19    pxItemToRemove->pvContainer = NULL;
1 v& w" S, H' I& v5 U: K+ m0 h20    ( pxList->uxNumberOfItems )--;
/ E: d6 X. V/ X8 l  Z6 H/ f1 p7 T+ V21    return pxList->uxNumberOfItems;
22}
# j; t8 B/ F1 Z: C7 F' N: J- l

  其实删除是很简单的，不用想都知道，要删除列表项，那肯定要知道该列表项是属于哪个列表吧，pvContainer就是记录列表项是属于哪个列表的。

  删除就是把列表中的列表项从列表中去掉，其本质其实就是把他们的连接关系删除掉，然后让删除的列表项的前后两个列表连接起来就行了，假如是只有一个列表项，那么删除之后，列表就回到了初始化的状态了。

pxItemToRemove->pxNext->pxPrevious = pxItemToRemove->pxPrevious;2 pxItemToRemove->pxPrevious->pxNext = pxItemToRemove->pxNext;

这两句代码就实现了将删除列表项的前后两个列表项连接起来。

按照上面的讲解可以理解这两句简单的代码啦。

  假如删除的列表项是当前索引的列表项，那么在删除之后，列表中的pxIndex就要指向删除列表项的上一个列表项了。

if( pxList->pxIndex == pxItemToRemove )2  {3      pxList->pxIndex = pxItemToRemove->pxPrevious;4  }

  当然还要把当前删除的列表项的pvContainer指向NULL，让它不属于任何一个列表，因为，删除的本质是删除的仅仅是列表项的连接关系，其内存是没有释放掉的，假如是动态内存分配的话。

  并且要把当前列表中列表项的数目返回一下。

至此，列表的源码基本讲解完毕。

. r% D3 m% N% @: K( X* m* a最后

大家还可以了解一下遍历列表的宏，它在list.h文件中：

1define listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY( pxTCB, pxList )                                        \
6 J% Y' \, Q; P% N. [6 c7 ` 2{                                                                                            \
3List_t * const pxConstList = ( pxList );                                                    \
9 J+ ^: d* x. f4 ?) P( u3 {6 } 4    /* Increment the index to the next item and return the item, ensuring */                \
5    /* we don't return the marker used at the end of the list.  */                          \
: T3 t3 Q# D5 Y1 u. c& u7 |8 k 6    ( pxConstList )->pxIndex = ( pxConstList )->pxIndex->pxNext;                            \
7    if( ( void * ) ( pxConstList )->pxIndex == ( void * ) &( ( pxConstList )->xListEnd ) )  \
+ R9 c0 J! z5 k' e6 n 8    {                                                                                       \
9        ( pxConstList )->pxIndex = ( pxConstList )->pxIndex->pxNext;                        \
- c% a4 ~* _  [/ M  a10    }                                                                                       \
. g* A$ S: t, a1 b11    ( pxTCB ) = ( pxConstList )->pxIndex->pvOwner;                                          \
12}

  这是一个宏，用于列表的遍历，返回的是列表中列表项的pxOwner成员，每次调用这个宏（函数）的时候，其pxIndex索引会指向当前返回列表项的下一个列表项。

本文为杰杰原创，转载请说明出处

【连载】从单片机到操作系统⑤——FreeRTOS列表&列表项的源码解读

这排版看起来好难看啊。。。。。。。。。。破总！！！！

@ zero99

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