正文

大家周末好，我是bug菌~ 今天主要是跟大家詳細(xì)聊聊container_of這個宏定義，非常經(jīng)典的宏，只是一直沒有抽時(shí)間細(xì)細(xì)品味，今天就跟大家一起來看看有何神奇之處:

1offsetof

首先我們需要簡單看看offsetof(TYPE, MEMBER) 這個宏定義，它是用于計(jì)算一個結(jié)構(gòu)體中某個成員的偏移量。

其第一個參數(shù) TYPE 是一個結(jié)構(gòu)體類型，第二個參數(shù) MEMBER 是 TYPE 中的一個成員變量名。

它將返回類型為 size_t 的整數(shù)，表示 MEMBER 相對于 TYPE 起始地址的偏移量。

基本原理是根據(jù) C 語言的數(shù)據(jù)對齊機(jī)制，成員變量在類型定義中的相對位置決定了它的偏移量。

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

該宏定義使用了C語言中的指針運(yùn)算和類型轉(zhuǎn)換。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1、(TYPE *)0：將0強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為指向類型為TYPE的指針，得到了一個結(jié)構(gòu)體TYPE的空指針。

2、&((TYPE *)0)->MEMBER：求出結(jié)構(gòu)體類型TYPE中成員MEMBER的地址。其巧妙之處在于，由于空指針不指向任何對象，因此這個成員的地址就是相對于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量。

3、(size_t)：將偏移量轉(zhuǎn)換為無符號整型數(shù)，以滿足C語言標(biāo)準(zhǔn)庫中對offsetof()返回值的類型要求。

該宏定義可以在編譯時(shí)就直接計(jì)算出偏移量，避免了運(yùn)行時(shí)的計(jì)算開銷，因此比通過變量名訪問成員的方式更為高效，通常用在需要直接訪問結(jié)構(gòu)體成員的底層代碼中，例如在操作系統(tǒng)內(nèi)核、嵌入式系統(tǒng)以及一些高性能計(jì)算應(yīng)用中。

structTestStruct{
intvalue1;
charvalue2;
doublevalue3;
};

size_toffset=offsetof(structTestStruct,value2);

如上例，offset 變量將會存儲 value2 相對于 TestStruct 起始地址的偏移量。在這種情況下，因?yàn)?TestStruct 中的 value1 通常占用了 4 個字節(jié)，value2 占用了 1 個字節(jié)，所以 value2 相對于結(jié)構(gòu)體起始地址的偏移量應(yīng)該是 4。

2container_of

講完offsetof，來到今天的主角container_of，container_of()是一個在linux內(nèi)核中經(jīng)常使用的宏，用于獲取一個結(jié)構(gòu)體成員指針所在它所屬的結(jié)構(gòu)體的指針，有點(diǎn)繞口，細(xì)細(xì)品味。

該宏包括也主要包括三個參數(shù)：

ptr：結(jié)構(gòu)體中某個成員的指針；

type：結(jié)構(gòu)體類型名稱；

member：結(jié)構(gòu)體中ptr指向的成員名稱。

首先，宏container_of()確定了ptr指向的成員在結(jié)構(gòu)體中的偏移(offset)。通過offsetof()宏就可以得到這個偏移，其參數(shù)為結(jié)構(gòu)體類型和成員名稱。得到偏移后，再通過減去偏移的方式得到指向整個結(jié)構(gòu)體的指針，巧妙吧。

具體實(shí)現(xiàn)如下：

#definecontainer_of(ptr,type,member)({
consttypeof(((type*)0)->member)*__mptr=(ptr);
(type*)((char*)__mptr-offsetof(type,member));})

其中，typeof是GCC的一個擴(kuò)展關(guān)鍵字，用于返回一個表達(dá)式的類型，可惜，大部分非GCC編譯器不一定能支持。

假設(shè)ptr指向的成員變量的類型為T，__mptr就是一個指向T類型的指針。然后，調(diào)用offsetof()即可得到member在type類型中的偏移量，最后返回一個指向type類型的指針。

注意，尖括號不能省略，因?yàn)樗硎绢愋娃D(zhuǎn)換。此外，container_of()宏使用了一個GCC的語言擴(kuò)展"statement expression"，即后面的{}，可以在其中包含多條語句。

下面給出一個示例，用于說明container_of()的使用方法：

#include
#include

#definecontainer_of(ptr,type,member)({
consttypeof(((type*)0)->member)*__mptr=(ptr);
(type*)((char*)__mptr-offsetof(type,member));})

structstudent{
intid;
charname[20];
};

intmain(){
structstudentstu={10001,"ZhangSan"};
char*pname=stu.name;
structstudent*pstu=container_of(pname,structstudent,name);

printf("ID:%d,Name:%s
",pstu->id,pstu->name);
return0;
}

如上例，pname指向stu的name成員，通過container_of()宏獲得了指向整個struct student結(jié)構(gòu)體的指針pstu，然后就可以訪問id和name成員了。