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(gè)宏定義，非常經(jīng)典的宏，只是一直沒(méi)有抽時(shí)間細(xì)細(xì)品味，今天就跟大家一起來(lái)看看有何神奇之處:

1offsetof

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

其第一個(gè)參數(shù) TYPE 是一個(gè)結(jié)構(gòu)體類(lèi)型，第二個(gè)參數(shù) MEMBER 是 TYPE 中的一個(gè)成員變量名。

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

基本原理是根據(jù) C 語(yǔ)言的數(shù)據(jù)對(duì)齊機(jī)制，成員變量在類(lèi)型定義中的相對(duì)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(yǔ)言中的指針運(yùn)算和類(lèi)型轉(zhuǎn)換。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

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

2、&((TYPE *)0)->MEMBER：求出結(jié)構(gòu)體類(lèi)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(duì)象，因此這個(gè)成員的地址就是相對(duì)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(wú)符號(hào)整型數(shù)，以滿足C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中對(duì)offsetof()返回值的類(lèi)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(kāi)銷(xiāo)，因此比通過(guò)變量名訪問(wèn)成員的方式更為高效，通常用在需要直接訪問(wèn)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(huì)存儲(chǔ) value2 相對(duì)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(gè)字節(jié)，value2 占用了 1 個(gè)字節(jié)，所以 value2 相對(duì)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(lái)到今天的主角container_of，container_of()是一個(gè)在linux內(nèi)核中經(jīng)常使用的宏，用于獲取一個(gè)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(gè)參數(shù)：

ptr：結(jié)構(gòu)體中某個(gè)成員的指針；

type：結(jié)構(gòu)體類(lèi)型名稱(chēng)；

member：結(jié)構(gòu)體中ptr指向的成員名稱(chēng)。

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(guò)offsetof()宏就可以得到這個(gè)偏移，其參數(shù)為結(jié)構(gòu)體類(lèi)型和成員名稱(chēng)。得到偏移后，再通過(guò)減去偏移的方式得到指向整個(gè)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(gè)擴(kuò)展關(guān)鍵字，用于返回一個(gè)表達(dá)式的類(lèi)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(lèi)型為T(mén)，__mptr就是一個(gè)指向T類(lèi)型的指針。然后，調(diào)用offsetof()即可得到member在type類(lèi)型中的偏移量，最后返回一個(gè)指向type類(lèi)型的指針。

注意，尖括號(hào)不能省略，因?yàn)樗硎绢?lèi)型轉(zhuǎn)換。此外，container_of()宏使用了一個(gè)GCC的語(yǔ)言擴(kuò)展"statement expression"，即后面的{}，可以在其中包含多條語(yǔ)句。

下面給出一個(gè)示例，用于說(shuō)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(guò)container_of()宏獲得了指向整個(gè)struct student結(jié)構(gòu)體的指針pstu，然后就可以訪問(wèn)id和name成員了。