Linux container_of宏详细剖析

1 offsetof宏的原理以及作用

在使用container_of宏之前，我们先来了解下offsetof这个宏，它在Linux内核里的源码是这个样子：

#define offsetof(TYPE,MEMBER) ((int) &((TYPE *)0)->MEMBER)

1.1 offsetof宏的工作原理

虚拟一个TYPE类型的结构体变量，通过TYPE.MEMBER的方式来访问MEMBER成员，进而得到MEMBER成员相对于整个结构体首地址的偏移量。

这句话理解起来看似很抽象，&((TYPE *)0)->MEMBER相当于得到了成员的偏移减去0地址偏移，也就是结构体的首地址，进而就得到了该成员相当于整个结构体的偏移量，接下来写一个例子就明白了：

1.2 offsetof宏编程案例

#include <stdio.h>
#define offsetof(TYPE,MEMBER) ((int) &((TYPE *)0)->MEMBER)
#pragma pack(4)
struct ptr
{
	char a ;
	short b ;
	int  c ;
	double d ;
};
#pragma pack()
int main(void)
{
	struct ptr Pt ;
	printf("ptr:%d\n",sizeof(struct ptr));
	//相对地址偏移量
	int offset = offsetof(struct ptr,a);
	printf("offset:%d\n",offset);
	int offset1 = offsetof(struct ptr,b);
	printf("offset1:%d\n",offset1);
	int offset2 = offsetof(struct ptr,c);
	printf("offset2:%d\n",offset2);
	int offset3 = offsetof(struct ptr,d);
	printf("offset3:%d\n",offset3);
	return 0 ;
}

运行结果：

在案例中，我们以默认4字节对齐得到的4个结构体变量在结构体中的偏移，明白了offsetof宏如何使用，就解决了我们的大疑问了，我们来看看container_of宏怎么使用吧。

2 Linux container_of宏的原理以及作用

Linux中的container_of宏长如下这个样子，那它有什么作用呢？我们来详细剖析一下。

#define container_of(ptr, type , member) ({ \
	const typeof(((type *)0)->member) *__mptr = (ptr) ; \
	(type *)((char *)__mptr - offsetof(type,member)) ;})

2.1 container_of宏的工作原理

先用typeof获取变量的数据类型，也就是member成员的类型，然后将member这个成员 的指针转成自己类型的指针，再从offsetof相减，就得到整个结构体变量的首地址了，再将该地址强制转化为type *。

接下来写一个关于container_of宏的编程案例:

2.2 container_of宏编程案例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//获取结构体成员相对于结构体的偏移
#define offsetof(TYPE,MEMBER) ((int) &((TYPE *)0)->MEMBER)
//通过获取结构体中的某个成员的，反推该结构体的指针
#define container_of(ptr, type , member) ({ \
	const typeof(((type *)0)->member) *__mptr = (ptr) ; \
	(type *)((char *)__mptr - offsetof(type,member)) ;})
//让结构体默认以四字节对齐
#pragma pack(4)
struct ptr
{
    char a ;
    short b ;
    int  c ;
    double d ;
};
#pragma pack()

int main(void)
{
    struct ptr Pt ;
    struct ptr *pt ;
    printf("ptr:%d\n",sizeof(struct ptr));//16
    //获取结构体的首地址
    printf("ptr:%p\n",&Pt); //0028FEA8
    Pt.a = 'a';
    Pt.b = 2 ;
    Pt.c = 4 ;
    Pt.d = 12.04 ;
    //通过container_of获取结构体的首地址
    pt = container_of(&Pt.c, struct ptr , c);
    printf("pt:%p\n",pt);
    printf("a:%c\n",pt->a) ;
    printf("b:%d\n",pt->b) ;
    printf("c:%d\n",pt->c) ;
    printf("d:%.2lf\n",pt->d);
    return 0 ;
}

运行结果：

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