linux內核編程container of()函數介紹

前言

在linux 內核編程中，會(huì )經(jīng)常見(jiàn)到一個(gè)宏函數container_of(ptr,type,member), 但是當你通過(guò)追蹤源碼時(shí)，像我們這樣的一般人就會(huì )絕望了（這一堆都是什么呀？ 函數還可以這樣定義？？？ 怎么還有0呢？？？  哎，算了，還是放棄吧。。。）。 這就是內核大佬們厲害的地方，隨便兩行代碼就讓我們懷疑人生，凡是都需要一個(gè)過(guò)程，慢慢來(lái)吧。

        其實(shí)，原理很簡(jiǎn)單：  已知結構體type的成員member的地址ptr，求解結構體type的起始地址。

                  type的起始地址 = ptr - size      (這里需要都轉換為char *，因為它為單位字節)。

       到此，該函數已經(jīng)講完，是不是很簡(jiǎn)單？？？ 其實(shí)也不是，這里并沒(méi)有提到size如何計算，而令我們頭暈的正是這里。

    好吧，先上container of函數原型：

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

    其次為 offserof 函數原型：

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

  怎么樣，是不是很炫？  好吧，下面開(kāi)始揭開(kāi)面紗：

  （一）0 指針的使用    （自己給的名字，不知有木問(wèn)題）

            讓事實(shí)說(shuō)話(huà)：

#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));
 
}

 編譯運行，可以得到如下結果：

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

 什么意思看到了吧，自定義的結構體有三個(gè)變量：i，j，k。 因為有字節對齊要求，所以該結構體大小為4bytes * 3 =12 bytes.   而&（（struct test *）0）->k 的作用就是求 k到結構體temp起始地址的字節數大?。ň褪俏覀兊膕ize）。在這里0被強制轉化為struct test *型， 它的作用就是作為指向該結構體起始地址的指針，就是作為指向該結構體起始地址的指針，就是作為指向該結構體起始地址的指針， 而&（（struct test *）0）->k  的作用便是求k到該起始指針的字節數。。。其實(shí)是求相對地址，起始地址為0，則&k的值便是size大?。ㄗⅲ捍蛴r(shí)因為需要整型，所以有個(gè)int強轉）所以我們便可以求我們需要的 size 了  。 好吧，一不小心把 offsetof() 函數的功能給講完了：：：

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

這次再看就順眼了吧（底層為什么是這樣我還是不懂。。。只知道這樣確實(shí)可以） ，  所以offsetof（）的作用就是求我們夢(mèng)寐以求的size, 并以size_t形式返回（size_t： 無(wú)符號整型）。

（二） 內核編程的嚴謹性  

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

    這里我們只看第二行：

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

  它的作用是什么呢？ 其實(shí)沒(méi)什么作用（勿噴勿噴，讓我把話(huà)說(shuō)完），但就形式而言 _mptr = ptr,  那為什么要要定義一個(gè)一樣的變量呢？？？ 其實(shí)這正是內核人員的牛逼之處：如果開(kāi)發(fā)者使用時(shí)輸入的參數有問(wèn)題：ptr與member類(lèi)型不匹配，編譯時(shí)便會(huì )有warnning， 但是如果去掉改行，那個(gè)就沒(méi)有了，而這個(gè)警告恰恰是必須的（防止出錯有不知道錯誤在哪里）。。。這嚴謹性可以吧

typeof( ((type *)0)->member )

   它的作用是獲取member的類(lèi)型僅此而已。至此基本結束

（三） 總結

       container_of（ptr, type,member）函數的實(shí)現包括兩部分：

           1.  判斷ptr 與 member 是否為同意類(lèi)型

           2.  計算size大小，結構體的起始地址 = (type *)((char *)ptr - size)   (注：強轉為該結構體指針)

    現在我們知道container_of()的作用就是通過(guò)一個(gè)結構變量中一個(gè)成員的地址找到這個(gè)結構體變量的首地址。

    container_of(ptr,type,member),這里面有ptr,type,member分別代表指針、類(lèi)型、成員。

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