linux內核編程container of()函數介紹

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前言

在linux 內核編程中，會經常見到一個宏函數container_of(ptr,type,member), 但是當你通過追蹤源碼時，像我們這樣的一般人就會絕望瞭（這一堆都是什麼呀？ 函數還可以這樣定義？？？ 怎麼還有0呢？？？  哎，算瞭，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，凡是都需要一個過程，慢慢來吧。

        其實，原理很簡單：  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      (這裡需要都轉換為char *，因為它為單位字節)。

       到此，該函數已經講完，是不是很簡單？？？ 其實也不是，這裡並沒有提到size如何計算，而令我們頭暈的正是這裡。

    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)

  怎麼樣，是不是很炫？  好吧，下面開始揭開面紗：

  （一）0 指針的使用    （自己給的名字，不知有木問題）

            讓事實說話：

#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

 什麼意思看到瞭吧，自定義的結構體有三個變量：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小（就是我們的size）。在這裡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。。。其實是求相對地址，起始地址為0，則&k的值便是size大小（註：打印時因為需要整型，所以有個int強轉）所以我們便可以求我們需要的 size 瞭  。 好吧，一不小心把 offsetof() 函數的功能給講完瞭：：：

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

這次再看就順眼瞭吧（底層為什麼是這樣我還是不懂。。。隻知道這樣確實可以） ，  所以offsetof（）的作用就是求我們夢寐以求的size, 並以size_t形式返回（size_t： 無符號整型）。

（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) );})

    這裡我們隻看第二行：

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

  它的作用是什麼呢？ 其實沒什麼作用（勿噴勿噴，讓我把話說完），但就形式而言 _mptr = ptr,  那為什麼要要定義一個一樣的變量呢？？？ 其實這正是內核人員的牛逼之處：如果開發者使用時輸入的參數有問題：ptr與member類型不匹配，編譯時便會有warnning， 但是如果去掉改行，那個就沒有瞭，而這個警告恰恰是必須的（防止出錯有不知道錯誤在哪裡）。。。這嚴謹性可以吧

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

   它的作用是獲取member的類型僅此而已。至此基本結束

（三） 總結

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

           1.  判斷ptr 與 member 是否為同意類型

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

    現在我們知道container_of()的作用就是通過一個結構變量中一個成員的地址找到這個結構體變量的首地址。

    container_of(ptr,type,member),這裡面有ptr,type,member分別代表指針、類型、成員。

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