hello, 大家好，今天和大家一起学习 Linux 内核中常见的两个宏 offsetof 和 container_of。对于初学者，很容易弄懵逼。
offsetof
定义：include/linux/stddef.h ；功能：给定一个TYPE结构和其成员，获取其成员相对于首地址的偏移。
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
分析： ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)，假设TYPE 数据类型如下：
typedef struct student { char name[32]; int age; };
第一步：我们先看最里层((TYPE*)0)。实际上是将0地址强转为TYPE结构的指针。指向一个TYPE类型的结构体变量，这里就是 student 类型。
第二步：((TYPE*)0)->MEMBER。(TYPE*)0 表示一个TYPE类型的结构体指针。通过指针来访问这个结构体变量的MEMBER元素。student->age
第三步：&((TYPE*)0)->MEMBER 等效于 &(((TYPE*)0)->MEMBER) - &((TYPE *)0)
# 这里取巧 利用了 0地址的结构体指针变量。 &((TYPE*)0)->MEMBER = &(((TYPE*)0)->MEMBER) - &((TYPE *)0)
代入student,去理解。offsetof(student, age),实际上就是获取相对于student首地址的偏移。
实验验证：
#include <stdio.h> #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER) typedef struct _student1 { char name[32]; int age; } student1_t; typedef struct _student2 { char name[32]; int age; float score; } student2_t; int main() { size_t addr = 0; addr = offsetof(student1_t, age); printf("student1_t addr = %d\n", addr); addr = offsetof(student2_t, score); printf("student2_t addr = %d\n", addr); return 0; }
可以看到，addr输出的值分别对应age 和 score 相对于其结构体首地址的偏移。
思考一个问题，这样做的好处是什么呢？
container_of 宏
在看另外一个宏container_of 宏。
定义：include/linux/kernel.h
/** * container_of - cast a member of a structure out to the containing structure * @ptr: the pointer to the member. * @type: the type of the container struct this is embedded in. * @member: the name of the member within the struct. * */ #define container_of(ptr, type, member) ({ \ const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); \ (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
分析containr_of 宏，我们还是以student结构体为例代入：
第一步：先看第一段。
const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); // 等价于 const typeof(A) *__mptr = (ptr);
继续拆开：A = ((type *)0)->member，和上文offsetof 分析一样。这里指的是student->age.然后作为参数传给typeof。
然后typeof(A) *__mptr = ptr; 等价于 A *__mptr = ptr;
注：typeof() 是gcc的扩展宏，给定一个参数或者变量名，能够自动推导数据类型。此时ptr 就指向 student->age地址处。
第二步：再看第二段。
(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) ); #等价于 (type *) (&A - offset)
根据 typeof 推算出 member 所在地址，然后减去 member相对于 type 的偏移，得到结构体变量的首地址。
验证：
#include <stdio.h> #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER) /** * container_of - cast a member of a structure out to the containing structure * @ptr: the pointer to the member. * @type: the type of the container struct this is embedded in. * @member: the name of the member within the struct. * */ #define container_of(ptr, type, member) ({ \ const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); \ (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );}) typedef struct _student1 { char name[32]; int age; } student1_t; typedef struct _student2 { char name[32]; int age; float score; } student2_t; int main() { student1_t s1[2] = { { .name = "s1", .age = 18, }, { .name = "s2", .age = 20, }, }; student1_t *ptr = NULL; ptr = container_of(&s1[1].age, student1_t, age); printf("s1 addr = %p \n", &s1[0]); printf("ptr addr = %p \n", ptr); printf("s2 addr = %p, s2.age = %d \n", &s1[1], s1[1].age); printf("ptr addr = %p, ptr.age = %d \n", ptr, ptr->age); return 0; }
可以看到根据s1[1].age 的地址及成员名称，即可获取到改结构的首地址。即ptr = &s1[1]。
总结
- offsetof：对于给定的一个结构的成员，获取其成员相对于首地址的偏移。
- container_of：对于给定结构成员的地址，返回其结构体指针（所有者）首地址。
内核里面为什么要用到这两个宏呢？事实上在内核链表里面大量用到了这两个宏。
struct list_head { struct list_head *next, *prev; };
linux 内核链表结构信息非常简单，只包含list_head信息，我们正式通过内核链表中的list_head 指针，获取所有者的节点信息。
list_entry(ptr,type,member)
- list_entry 就是 container_of 宏。
- ptr是指向该数据中list_head成员的指针，也就是存储在链表中的地址值。
- type是数据项的类型。
- member则是数据项类型定义中list_head成员的变量名。
