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 宏​

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]。

Linux 内核常见的宏（1）：offsetof 和 container_of分析_结构体指针


​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。