container_of 和 offsetof 宏详解

快来打我* 2022-08-24 00:49 180阅读 0赞

在linux内核链表中，会遇到两个宏。

在include/linux/stddef.h中，有这样的定义

\#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size\_t) &((TYPE \*)0)->MEMBER)

这里的TYPE表示某个结构体类型，MEMBER表示结构体中的一个成员，这个宏求出了成员在结构体中的位置偏移（以字节为单位）

如果你还不理解，我们举个例子吧。

struct student 
    {
    	char name[20];
    	unsigned char age;
    };
    
    int main(void)
    {
    	int off = offsetof(struct student, age);
    	printf("off = %d\n",off);
    }

运行结果是off = 20

其实宏里面的0只是一种特殊情况而已。对这个宏的解释是：假设结构体处于0x1234这个地址，

（（TYPE\*)0x1234 ）-> MEMBER  
\->比类型转换的优先级高，所以要加括号。上面就得到了成员，再取地址，得到成员的地址

&（（TYPE\*)0x1234 ）-> MEMBER

不用加括号，因为&的优先级比较低

再来一个类型转换

（size\_t）&（（TYPE\*)0x1234 ）-> MEMBER

终于得到成员的起始地址了，还没有完，既然算偏移，就要减去结构体的起始地址

（size\_t）&（（TYPE\*)0x1234 ）-> MEMBER  - 0x1234

不难看出，这里的0x1234换成什么数字都可以，因为偏移是和起始地址无关的。

不信的话可以把这个宏定义改一改，再测试一下

#define offsetof(TYPE, MEMBER) (  (size_t) &((TYPE *)0x2222)->MEMBER  -   0x2222  )
    
    
    struct student 
    {
    	char name[20];
    	unsigned char age;
    };
    
    int main(void)
    {
    	int off = offsetof(struct student, age);
    	printf("off = %d\n",off);
    }

改成0x2222后，结果还是20.

既然什么数字都可以，那就改成0吧，于是后面的-0就可以省略了。于是就得到了开头的那个宏。

下面我们说另外一个宏。

/\*\*

827  \* container\_of - cast a member of a structure out to the containing structure

828  \* @ptr:    the pointer to the member.

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

830  \* @member: the name of the member within the struct.

831  \*

832  \*/

833 \#define container\_of(ptr, type, member) (**\{**           \\

834     const typeof( ((type \*)0)->member ) \*\_\_mptr = (ptr);    \\

835     (type \*)( (char \*)\_\_mptr - offsetof(type,member) );**\}**)

这个宏就是从一个成员的地址得到这个结构体的地址，俗称小指针转大指针。

继续举例子。

struct student 
    {
    	char name[20];
    	unsigned char age;
    };
    
    int main(void)
    {
    	struct student stu = {"wangdong",22};
    	
    	printf("&stu = %p\n",&stu);
    	printf("&stu.age = %p\n",&stu.age);
    
    	struct student *p = container_of(&stu.age, struct student, age);
    	printf("p= %p\n",p);
    }

运行结果为

&stu = 0x7fff53df9c40

&stu.age = 0x7fff53df9c54

p= 0x7fff53df9c40

第一行和第三行的值是一致的。

如果你不理解这个宏的定义，我们先简化一下它，这样写

\#define container\_of(ptr, type, member)             (  (type \*)( (char \*)ptr - offsetof(type,member) )  )

(char \*)ptr 成员的地址

offsetof(type,member)  成员的偏移

二者相减，就是结构体的起始地址，最后再加个强制类型转换。

可是为什么不是这样写的呢，而是要多出来一行

const typeof( ((type \*)0)->member ) \*\_\_mptr = (ptr);