container_of分析

最新推荐文章于 2025-02-08 18:24:44 发布

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本文详细解释了Linux内核中container_of宏的工作原理。该宏能够根据结构体成员指针找到所属结构体指针，文中通过具体步骤展示了其实现机制，并介绍了offsetof宏的应用。

container_of是linux内核中常用的一个宏，这个宏的功能是，根据某个结构体字段的指针，找到对应的结构体指针。

/**
 * container_of - 通过结构体的一个成员获取容器结构体的指针
 * @ptr: 指向成员的指针。
 * @type: 成员所嵌入的容器结构体类型。
 * @member: 结构体中ptr所对应的成员名。
 *
 */
#define container_of(ptr, type, member) ({ \
    const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); \
    (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})

第一步，首先定义一个临时的数据类型（通过typeof( ((type *)0)->member )获得）与ptr相同的指针变量__mptr，然后用它来保存ptr的值。把ptr重新赋值给了__mptr。

看似多余，实际上这里起到了给开发者提醒的功能。如果开发者传入的ptr指针指向的类型，与结构体中成员的类型不符，编译器在这里会打印一条warning，提示开发者可能存在的错误。

定义一个中间变量__mptr，它等于提供给宏的参数ptr，也就是指向某个成员的指针。这个中间变量的命名意义是：
"__"代表内部使用，内核编程中常常这么做；
“m”代表middle。

第二步，用(char *)__mptr减去member在结构体中的偏移量，得到的值就是整个结构体变量的首地址（整个宏的返回值就是这个首地址）。

注意偏移的获取offsetof宏的实现

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

将地址0强制转换为type *，那么0指向某一个type类型的对象，也就是此type对象的地址，那么(TYPE *)0)->MEMBER就是type的member域，现在取址后&((TYPE *)0)->MEMBER 就是member域的地址，因为type的地址为0，则member的地址实质上就是它相对于type地址的偏移。

这里为什么可以这样实现而不会出错呢？有两点原因，其一，地址0是在编译器编译时已经指定好了的，其二，这里全部都是取址操作，并没内存数据访问，因此不会存在非法访问内存的问题。

typeof是GNU对C新增的一个扩展关键字，用于获取一个对象的类型，在很多时候我们处理的对象通常是一个指针，而此时如果想知道指针所指向的对象的类型，typeof就派上用场了，详见GNU的官方文档：http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Typeof.html