C语言宏函数containerof()简介

2024-04-02 19:55

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在linux 内核编程中，会经常见到一个宏函数container_of(ptr,type,member), 但是当你通过追踪源码时，像我们这样的一般人就会绝望了（这一堆都是什么呀？函数还可以这样定义？？？怎么还有0呢？？？哎，算了，还是放弃吧。。。）。这就是内核大佬们厉害的地方，随便两行代码就让我们怀疑人生，凡是都需要一个过程，慢慢来吧。

其实，原理很简单：已知结构体type的成员member的地址ptr，求解结构体type的起始地址。

type的起始地址 = ptr - size (这里需要都转换为char *，因为它为单位字节)。

到此，该函数已经讲完，是不是很简单？？？其实也不是，这里并没有提到size如何计算，而令我们头晕的正是这里。

好吧，先上container of函数原型：


#define container_of(ptr, type, member) ({              \         
const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);    \         
(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})

其次为 offserof 函数原型：


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

怎么样，是不是很炫？好吧，下面开始揭开面纱：

（一）0 指针的使用（自己给的名字，不知有木问题）

让事实说话：


#include<stdio.h>
 
struct test
{
	char i ;
	int j;
	char k;
};
 
int main()
{
	struct test temp;
	printf("&temp = %p\n",&temp);   
	printf("&temp.k = %p\n",&temp.k);
	printf("&((struct test *)0)->k = %d\n",((int)&((struct test *)0)->k));
 
}

编译运行，可以得到如下结果：


&temp = 0xbf9815b4
&temp.k = 0xbf9815bc
&((struct test *)0)->k = 8

什么意思看到了吧，自定义的结构体有三个变量：i，j，k。因为有字节对齐要求，所以该结构体大小为4bytes * 3 =12 bytes. 而&（（struct test *）0）->k 的作用就是求 k到结构体temp起始地址的字节数大小（就是我们的size）。在这里0被强制转化为struct test *型，它的作用就是作为指向该结构体起始地址的指针，就是作为指向该结构体起始地址的指针，就是作为指向该结构体起始地址的指针，而&（（struct test *）0）->k 的作用便是求k到该起始指针的字节数。。。其实是求相对地址，起始地址为0，则&k的值便是size大小（注：打印时因为需要整型，所以有个int强转）所以我们便可以求我们需要的 size 了。好吧，一不小心把 offsetof() 函数的功能给讲完了：：：


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

这次再看就顺眼了吧（底层为什么是这样我还是不懂。。。只知道这样确实可以），所以offsetof（）的作用就是求我们梦寐以求的size, 并以size_t形式返回（size_t：无符号整型）。

（二）内核编程的严谨性


#define container_of(ptr, type, member) ({              \         
const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);    \         
(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})

这里我们只看第二行：


const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);

它的作用是什么呢？其实没什么作用（勿喷勿喷，让我把话说完），但就形式而言 _mptr = ptr, 那为什么要要定义一个一样的变量呢？？？其实这正是内核人员的牛逼之处：如果开发者使用时输入的参数有问题：ptr与member类型不匹配，编译时便会有warnning，但是如果去掉改行，那个就没有了，而这个警告恰恰是必须的（防止出错有不知道错误在哪里）。。。这严谨性可以吧