Linux中的两个经典宏定义

倘若你查看过Linux Kernel的源码，那么你对 offsetof 和 container_of 这两个宏应该不陌生。这两个宏最初是极客写出的，后来在Linux内核中被推广使用。

1. offsetof

1.1 offsetof介绍

定义：offsetof在linux内核的include/linux/stddef.h中定义。

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

说明：获得结构体(TYPE)的变量成员(MEMBER)在此结构体中的偏移量。
(01)  ( (TYPE *)0 )           将零转型为TYPE类型指针，即TYPE类型的指针的地址是0。
(02)  ((TYPE *)0)->MEMBER     访问结构中的数据成员。
(03)  &( ( (TYPE *)0 )->MEMBER )    取出数据成员的地址。由于TYPE的地址是0，这里获取到的地址就是相对MEMBER在TYPE中的偏移。
(04)  (size_t)(&(((TYPE*)0)->MEMBER))    结果转换类型。对于32位系统而言，size_t是unsigned int类型；对于64位系统而言，size_t是unsigned long类型。

1.2 offsetof示例
代码(offset_test.c)

 #include <stdio.h>
 
 // 获得结构体(TYPE)的变量成员(MEMBER)在此结构体中的偏移量。
 #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
 
 struct student
 {
     char gender;
     int id;
     int age;
     char name[20];
 };
 
 void main()
 {
     int gender_offset, id_offset, age_offset, name_offset;
 
     gender_offset = offsetof(struct student, gender);
     id_offset = offsetof(struct student, id);
     age_offset = offsetof(struct student, age);
     name_offset = offsetof(struct student, name);
     
     printf("gender_offset = %d\n", gender_offset);
     printf("id_offset = %d\n", id_offset);
     printf("age_offset = %d\n", age_offset);
     printf("name_offset = %d\n", name_offset);
 }

结果：

gender_offset = 0
id_offset = 4
age_offset = 8
name_offset = 12

说明：简单说说"为什么id的偏移值是4，而不是1"。我的运行环境是linux系统，32位的x86架构。这就意味着cpu的数据总线宽度为32，每次能够读取4字节数据。gcc对代码进行处理的时候，是按照4字节对齐的。所以，即使gender是char(一个字节)类型，但是它仍然是4字节对齐的！

1.3 offsetof图解

TYPE是结构体，它代表"整体"；而MEMBER是成员，它是整体中的某一部分。
将offsetof看作一个数学问题来看待，问题就相当简单了：已知'整体'和该整体中'某一个部分'，而计算该部分在整体中的偏移。

2. container_of

2.1 container_of介绍

定义：container_of在linux内核的include/linux/kernel.h中定义。

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

说明：根据"结构体(type)变量"中的"域成员变量(member)的指针(ptr)"来获取指向整个结构体变量的指针。
(01) typeof( ( (type *)0)->member ) 取出member成员的变量类型。
(02) const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr) typeof是gcc的c语言扩展保留字，用于获取变量的类型，定义变量__mptr指针，并将ptr赋值给__mptr。经过这一步，__mptr为member数据类型的常量指针，其指向ptr所指向的地址。
(04) (char *)__mptr 将__mptr转换为字节型指针。
(05) offsetof(type,member)) 就是获取"member成员"在"结构体type"中的位置偏移。
(06) (char *)__mptr - offsetof(type,member)) 就是用来获取"结构体type"的指针的起始地址（为char *型指针）。
(07) (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) ) 就是将"char *类型的结构体type的指针"转换为"type *类型的结构体type的指针"。

2.2 container_of示例

代码(container_test.c)

 #include <stdio.h>
 #include <string.h>
 
 // 获得结构体(TYPE)的变量成员(MEMBER)在此结构体中的偏移量。
 #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
 
 // 根据"结构体(type)变量"中的"域成员变量(member)的指针(ptr)"来获取指向整个结构体变量的指针
 #define container_of(ptr, type, member) ({          \
     const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);    \
     (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
 
 struct student
 {
     char gender;
     int id;
     int age;
     char name[20];
 };
 
 void main()
 {
     struct student stu;
     struct student *pstu;
 
     stu.gender = '1';
     stu.id = 9527;
     stu.age = 24;
     strcpy(stu.name, "zhouxingxing");
 
     // 根据"id地址" 获取 "结构体的地址"。
     pstu = container_of(&stu.id, struct student, id);
 
     // 根据获取到的结构体student的地址，访问其它成员
     printf("gender= %c\n", pstu->gender);
     printf("age= %d\n", pstu->age);
     printf("name= %s\n", pstu->name);
 }

结果：

gender= 1
age= 24
name= zhouxingxing

2.3 container_of图解

type是结构体，它代表"整体"；而member是成员，它是整体中的某一部分，而且member的地址是已知的。
将offsetof看作一个数学问题来看待，问题就相当简单了：已知'整体'和该整体中'某一个部分'，要根据该部分的地址，计算出整体的地址。

转载：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3562146.html

Linux中的两个经典宏定义

1. offsetof

2. container_of

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