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Linux內核宏Container_Of的詳細解釋

1. 結構體在內存中是如何存儲的

int main() 
{ 
 
 Student stu; 
 stu.id = 123456; 
 strcpy(stu.name,"feizhufeifei"); 
 stu.math = 90; 
 stu.PE = 80; 
 printf("Student:%p\r\n",&stu); 
 printf("stu.ID:%p\r\n",&stu.ID); 
 printf("stu.name:%p\r\n",&stu.name); 
 printf("stu.math:%p\r\n",&stu.math); 
 return 0; 
}

打印結果如下：

//結構體的地址 
Student:0xffffcbb0 
//結構體第一個成員的地址 
stu.ID:0xffffcbb0  //偏移地址 +0 
stu.name:0xffffcbb4//偏移地址 +4 
stu.math:0xffffcbd4//偏移地址 +24

我們可以看到，結構體的地址和結構體第一個成員的地址是相同的。這也就是我們之前在拒絕造輪子!如何移植并使用Linux內核的通用鏈表(附完整代碼實現(xiàn))中提到的為什么在結構體中要把 struct list_head放在首位。

不太理解的再看下這兩個例子：

struct A { int a; char b; int c; char d; };a 偏移為 0 ， b 偏移為 4 ， c 偏移為 8 (大于 4 + 1 的 4 的最小整數(shù)倍)， d 偏移為 12 。A 對齊為 4 ，大小為 16 。
struct B { int a; char b; char c; long d; };a 偏移為 0 ， b 偏移為 4 ， c 偏移為 5 ， d 偏移為 8 。B 對齊為 8 ，大小為 16 。

我們可以看到，結構體中成員變量在內存中存儲的其實是偏移地址。也就是說結構體A的地址+成員變量的偏移地址 = 結構體成員變量的起始地址。

因此，我們也可以根據(jù)結構體變量的起始地址和成員變量的偏移地址來反推出結構體A的地址。

2. container_of宏

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

??首先看下三個參數(shù)， ptr是成員變量的指針， type是指結構體的類型， member是成員變量的名字。

??container_of宏的作用是通過結構體內某個成員變量的地址和該變量名，以及結構體類型，找到該結構體變量的地址。這里使用的是一個利用編譯器技術的小技巧，即先求得結構成員在結構中的偏移量，然后根據(jù)成員變量的地址反過來得出主結構變量的地址。下面具體分析下各個部分。

3. typeof

首先看下typeof，是用于返回一個變量的類型，這是GCC編譯器的一個擴展功能，也就是說typeof是編譯器相關的。既不是C語言規(guī)范的所要求，也不是某個標準的一部分。

int main() 
{ 
 int a = 5; 
 //這里定義一個和a類型相同的變量b 
 typeof(a) b  = 6; 
 printf("%d,%d\r\n",a,b);//5 6 
 return 0; 
}

4. (((type *)0)->member)

((TYPE *)0) 將0轉換為type類型的結構體指針，換句話說就是讓編譯器認為這個結構體是開始于程序段起始位置0，開始于0地址的話，我們得到的成員變量的地址就直接等于成員變量的偏移地址了。

(((type *)0)->member) 引用結構體中MEMBER成員。

typedef struct student{ 
 int id; 
 char name[30]; 
 int math; 
}Student; 
int main() 
{ 
 //這里時把結構體強制轉換成0地址，然后打印name的地址。 
 printf("%d\r\n",&((Student *)0)->name);//4 
 return 0; 
}

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

這句代碼意思是用typeof()獲取結構體里member成員屬性的類型，然后定義一個該類型的臨時指針變量__mptr，并將ptr所指向的member的地址賦給__mptr;

為什么不直接使用 ptr 而要多此一舉呢?我想可能是為了避免對 ptr 及prt 指向的內容造成破壞。

6. offsetof(type, member))

((size_t) &((TYPE*)0)->MEMBER)

size_t是標準C庫中定義的，在32位架構中被普遍定義為：

typedef unsigned int size_t;

而在64位架構中被定義為：

typedef unsigned long size_t;

可以從定義中看到，size_t是一個非負數(shù)，所以size_t通常用來計數(shù)(因為計數(shù)不需要負數(shù)區(qū))：

for(size_t i=0;i<300;i++)

為了使程序有很好的移植性，因此內核使用size_t，而不是int，unsigned。((size_t) &((TYPE*)0)->MEMBER) 結合之前的解釋，我們可以知道這句話的意思就是求出MEMBER相對于0地址的一個偏移值。

7. (type * )((char * )__mptr - offsetof(type, member))

這句話的意思就是，把 __mptr 轉換成 char* 類型。因為 offsetof 得到的偏移量是以字節(jié)為單位。兩者相減得到結構體的起始位置，再強制轉換成 type 類型。

8. 舉例

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER) 
#define container_of(ptr, type, member) ({ \ 
        const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); \ 
        (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );}) 
         
typedef struct student 
{ 
 int id; 
 char name[30]; 
 int math; 
}Student; 
 
int main() 
{ 
    Student stu; 
        Student *sptr = NULL; 
  stu.id = 123456; 
  strcpy(stu.name,"zhongyi"); 
  stu.math = 90; 
        sptr = container_of(&stu.id,Student,id); 
        printf("sptr=%p\n",sptr); 
        sptr = container_of(&stu.name,Student,name); 
        printf("sptr=%p\n",sptr); 
        sptr = container_of(&stu.math,Student,id); 
        printf("sptr=%p\n",sptr); 
        return 0;  
}

運行結果如下：

sptr=0xffffcb90
sptr=0xffffcb90
sptr=0xffffcbb4

宏展開可能會看的更清楚一些

int main() 
{ 
    Student stu; 
        Student *sptr = NULL; 
  stu.id = 123456; 
  strcpy(stu.name,"zhongyi"); 
  stu.math = 90; 
  //展開替換 
        sptr = ({ const unsigned char  *__mptr = (&stu.id); (Student *)( (char *)__mptr - ((size_t) &((Student *)0)->id) );}); 
        printf("sptr=%p\n",sptr); 
        //展開替換 
        sptr = ({ const unsigned char  *__mptr = (&stu.name); (Student *)( (char *)__mptr - ((size_t) &((Student *)0)->name) );}); 
        printf("sptr=%p\n",sptr); 
        //展開替換 
        sptr = ({ const unsigned int *__mptr = (&stu.math); (Student *)( (char *)__mptr - ((size_t) &((Student *)0)->math) );}); 
        printf("sptr=%p\n",sptr); 
        return 0;  
}

到此這篇關于Linux內核中Container_Of宏的詳細解釋的文章就介紹到這了,更多相關Linux內核中Container_Of宏內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

標簽：朝陽蕪湖慶陽那曲銅川泰州周口松原

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