container_of的理解

本文通过实例解析了复杂指针声明的意义,并深入探讨了Linux内核中的container_of宏的工作原理,展示了如何从成员指针找回所属结构体。

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首先说个我个人的经验:

遇到指针,首先要想“该指针指向什么?”。如果是变量,再看该指针指向变量的类型:int,数组,...。如果是函数,看“该指针指向的函数返回什么?”:void,int,指针,...
如:int *a[10]; 与 int (*a)[10]
首先 int *a[10] 是个数组([]优先级高),那么这个数组里都放的什么呢?向左看,是指针,(首先要看的)这个指针指向什么?一个一维的指针数组,指向int型数据。
int (*a)[10]; 是个指针(你见或不见括号就在哪里,不是[],也不是{},^_^),(首先要想的)这个指针指向什么?指向一个数组,还是int型的,数组长度是10,那么a++就是走10*sizeof(int)喽

container_of的理解

         如果一个班级学生都按照学号排好队了(当然了同学有胖的有瘦的,俩同学之间的距离是不定的),现在只知道其中一个学生的学号,和位置,怎么才能找到这个班级在所有排队中的位置呢?当然是有限制的:班级前面的位置被别的班站着的,想看队伍头是不行的,挨个问当然也不行的。在linux中container_of就负责此任务,它兢兢业业,相当出色完成了此任务。在前面用到了to_mx25l_flash(x),就是对container_of的新“封装”。到底它是怎么取到成员x所在的结构体的地址的呢?其实看看源码就不难理解了。

         首先跟踪内核,并把层层调用罗列出来:

1.mx25l.c

#define to_mx25l_flash(x) container_of(x,struct mx25l_flash, mtd)

2.kernel.h

/**

 *container_of - cast a member of a structure out to the containing structure

 *@ptr:  the pointer to the member.

 *@type: the type of the container struct this is embedded in.

 *@member: the name of the member within thestruct.

 *

 */


3.stddef.h

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

         看到container_of等价式有一串括号,其中还掺杂着各种奇异符号(*,__),就有种头晕的感觉,不过慢慢分析还是不难的。

         首先找到第2行中的既不是关键字又不是奇异符号的0,发现0右边是括号2的右边,于是向0的前看,前面是括号3的右边,继续向前直到找到括号3的左边,这回发现括号3里面很简单,就是一个“type *”,是一个type类型的指针,go on向左找,是括号2的左边,终于配对了,那么括号2里到底干了什么?其实也没干什么,就是把0强制转化为“type *”类型的指针。然后就可以向右走了,这回是取了0所指向的成员member,继续向右找,发现是括号1的右边,那就只能再向左找了,括号1的左边紧挨括号2的左边,没增加新内容,然后继续向括号1右边找,这回是个“*”,也就是定义了一个括号1里类型的指针,这个指针名叫__mptr,然后把ptr的值赋给了__mptr。我们串起来看下:定义了一个type结构体中成员member类型的指针__mptr,然后把形参ptr赋给了__mptr,只不过包含__mptr的结构体的基地址是0。

         然后看offsetof,首先还是先看0,向左,即把0强制转化为TYPE类型的指针,按照优先级:取成员要比取地址等级高,即先取0所指向的成员MEMBER,然后取其地址,强制转化为size_t类型的地址。其实offsetof也是做了一件事:以0为基地址找到TYPE类型的成员MEMBER的偏移量。

         再看container_of等价式的第3行,首先是__mptr,不过这回强制转化为(char*)类型了,然后减去成员member在type结构体里的偏移量。就相当于减去member前面所有成员的长度和,也就等于第一个成员的地址了,即包含该成员的结构体的地址,当然了最后不要忘了把该来之不易的地址强制转化为(type *)类型。虽然看起来分析的很麻烦,回头自己想想就那么回事,想通了,下次就不怵,甚至还有想再分析一遍的冲动。

         最后总结下:知道了结构体的类型(type)和成员(member)及该成员的地址(ptr),知道了此结构体的类型就知道了内部的每个成员组成,每个成员的size也就知道了。所以在当前成员地址的基础上向前偏移每个成员的size和就是第一个成员的地址,也就是该结构体的地址了。

其中,typeof 是gcc的C语言扩展保留字,用于声明变量类型。

         那么把所有的实参的代入并展开,最终得到如下:

struct sst25l_flash *flash =to_sst25l_flash(mtd);  

struct sst25l_flash *flash =

         ({

const typeof( ((struct sst25l_flash*)0)-> mtd) *__mptr = (mtd);

         (structsst25l_flash *)( (char *)__mptr - ((size_t) &(( struct sst25l_flash*)0)-> mtd)) ;

})

         给个实例加强下记忆:

其中所用到的struct mx25l_flash如下:

struct sst25l_flash {

         structspi_device     *spi;

         structmutex             lock;

         structmtd_info        mtd;

 

         int                     partitioned;

};

 struct spi_device     *spi;是个指针,占4个字节,struct mutex             lock;是:

struct mutex {
/* 1: unlocked, 0: locked, negative: locked, possible waiters */
atomic_t count;
spinlock_t wait_lock;
struct list_headwait_list;
#if defined(CONFIG_DEBUG_MUTEXES) || defined(CONFIG_SMP)
struct task_struct*owner;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
const char *name;
void *magic;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
struct lockdep_mapdep_map;
#endif
};

其中宏定义的太多,具体定义了那个宏,我们不好分析,还是到程序里看吧。修改static int mx25l_read如下:

static int mx25l_read(struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len,
      size_t *retlen, unsigned char *buf)
{
struct mx25l_flash *flash = to_mx25l_flash(mtd);
struct spi_transfer transfer[2];
struct spi_message message;
unsigned char command[4];
int ret;
int status;
printk(KERN_EMERG "sizeof(spi_device*) is: %d\n",sizeof(struct spi_device*));
printk(KERN_EMERG "sizeof(mutex) is: %d\n",sizeof(struct mutex));
printk(KERN_EMERG "mtd is: %p\n",mtd);
printk(KERN_EMERG "flash is: %p\n",flash);

.......

}

编译,安装模块,建立节点,运行读程序,(中间nfs掉线一回)结果如下:

 .

可以看到,struct spi_device*确实是4字节,struct mutex 是12字节,这样mtd前的成员共占用16字节,即0x10,而mtd在内存里的地址是0xcbd64c10,flash的地址是0xcbd64c00,正好向前偏移了16个字节,与分析相吻合。

<think>好的,用户的问题是关于Linux内核中的container_of宏,想要知道它的头文件位置和使用方法。首先,我需要回忆一下这个宏的相关知识。记得container_of宏在内核开发中非常常用,主要用于通过结构体成员的指针来获取整个结构体的指针。用户提到的引用内容里多次提到了头文件的位置,比如include/linux/kernel.h,还有include/linux/stddef.h中的offsetof宏。 首先,确定头文件的位置。根据引用[1],container_of宏的原型定义在include/linux/kernel.h里。而引用[2]和[3]提到了offsetof宏在include/linux/stddef.h中定义。所以,用户需要包含这两个头文件吗?实际上,container_of宏本身在kernel.h中,而它依赖的offsetof在stddef.h里,所以在使用的时候应该包含kernel.h,因为它可能已经包含了所需的依赖。 接下来,用户需要了解使用方法。container_of的三个参数是成员指针、结构体类型和成员名称。例如,如果有一个结构体struct example,其中包含成员int value,那么通过指向value的指针ptr,可以用container_of(ptr, struct example, value)来获取整个结构体的指针。需要确保ptr确实是指向该结构体成员的指针,否则会导致未定义行为。 另外,用户可能想知道这个宏的原理。根据引用[4],container_of利用了将0地址强制转换为结构体指针,然后计算成员的偏移量,从而从成员指针反推出结构体的起始地址。这部分可能需要进一步解释,但用户的问题主要是头文件和使用方法,所以应该先回答这些,再简要说明原理。 还要注意用户提供的引用中提到的宏定义的具体代码,比如offsetof的实现,这样在解释时可以引用这些内容来说明container_of的工作机制。同时,用户可能在实际使用中遇到问题,比如类型不匹配或者头文件未正确包含,需要提醒包含正确的头文件,并确保参数正确。 最后,生成相关的问题可能包括如何理解宏的工作原理,如何处理可能的错误,或者在不同内核版本中的差异。需要确保回答结构清晰,分点说明头文件位置、使用方法和示例,以及注意事项。</think>### Linux内核中`container_of`宏的解析 #### 1. **头文件位置** `container_of`宏定义在Linux内核源码的以下头文件中: ```c #include <linux/kernel.h> // 主要定义位置 ``` 其依赖的`offsetof`宏定义在: ```c #include <linux/stddef.h> // 实现成员偏移量计算[^2][^3] ``` --- #### 2. **宏的用途** `container_of`用于通过结构体成员的地址反向获取整个结构体的地址。 **典型场景**:在链表、设备驱动等场景中,已知成员指针需获取其父结构体指针[^1][^4]。 --- #### 3. **函数原型与参数** ```c #define container_of(ptr, type, member) ({ \ void *__mptr = (void *)(ptr); \ ((type *)(__mptr - offsetof(type, member))); }) ``` - `ptr`:结构体成员的指针(如`struct list_head *`) - `type`:目标结构体类型(如`struct my_struct`) - `member`:成员在结构体中的名称(如`list`) --- #### 4. **使用示例** 假设定义结构体: ```c struct my_struct { int data; struct list_head list; // 链表成员 }; ``` 已知`list`的指针`ptr`时,可通过以下代码获取父结构体指针: ```c struct my_struct *parent = container_of(ptr, struct my_struct, list); ``` --- #### 5. **实现原理** 1. **`offsetof`宏**:计算成员在结构体中的偏移量 ```c #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t)&((TYPE *)0)->MEMBER) ``` 将地址0强制转换为`TYPE*`类型后访问成员`MEMBER`,取其地址作为偏移量[^3][^4]。 2. **指针运算**: 通过`ptr - offset`反向定位到结构体起始地址。 --- #### 6. **注意事项** - 需确保`ptr`确实指向`type`结构体的`member`成员,否则会导致未定义行为 - 内核中广泛使用`container_of`,但用户态程序需自行实现类似逻辑 ---
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