container_of用法及实现

一、概述

在Linux内核中，经常会用到宏container_of，该宏的功能是通过某个结构体中的某个成员的地址，反推出该结构体的首地址。宏的定义如下：

```c

#define container_of(ptr, type, member) \

((type *)((char *)(ptr) - offsetof(type, member)))

```

其中，三个参数的含义分别是：

- ptr：一个指向某个类型指针的指针。

- type：要求得到的结构体的类型。

- member：type结构体中，要求求出的变量的名称。

接下来，我们将结合示例，介绍container_of的用法及实现原理。

二、使用方法

下面是一个示例代码，用于演示如何使用container_of：

```c

#include

#include

#include

struct person{

char *name;

int age;

struct list_head list;

};

struct list_head{

struct list_head *prev,*next;

};

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

#define container_of(ptr,type,member) \

((type *)((char *)(ptr) - offsetof(type,member)))

int main(void)

{

struct person p;

struct list_head *pos;

p.name = "Jack";

p.age = 22;

pos = &(p.list);

struct person *ptr = container_of(pos,struct person,list);

printf("name: %s, age: %d\n",ptr->name,ptr->age);

return 0;

}

```

在这个示例代码中，我们定义了一个结构体person，其中包含名字、年龄和一个指向list_head类型的指针。list_head是一个链表的节点，每个链表节点包括前驱指针prev和后继指针next。另外，我们还定义了宏offsetof和container_of，用于求结构体成员的偏移量以及从链表节点指针计算出person结构体地址的宏。

在main函数中，我们创建了一个person结构体，将其地址赋值给一个list_head类型的指针pos。然后，使用container_of宏求出person结构体的地址，最后打印出person结构体中的信息。

三、实现原理

container_of的实现原理并不复杂。在本例中，container_of的实现如下所示：

```c

#define container_of(ptr,type,member) \

((type *)((char *)(ptr) - offsetof(type,member)))

```

其中，offsetof是一个C库函数，用于求结构体成员的偏移量。例如，要求出person结构体中，list成员偏移量的代码如下：

```c

size_t offset = offsetof(struct person,list);

```

在这个例子中，offset的值是0。

container_of的实现原理是先将ptr转换成char *类型，然后减去list成员在person结构体中的偏移量，得到person结构体的首地址。最后将指针强制转换成type*类型即可。

接下来，我们来具体解释上述代码的实现：

```c

((char *)(ptr) - offsetof(type,member))

```

该代码将指针ptr强制转换成char*类型，并减去member成员在type结构体中的偏移量。由于ptr本来就是指向一个类型指针的指针，所以ptr本身所指向的内存区域，其实包含了一个指向type类型的指针和该type类型变量的其它成员。因此，将ptr转换成char*类型，是为了让compiler认为ptr所指向的内存区域是一个连续的内存区域。

例如，在这个例子中，ptr指向person结构体中的list成员，在内存中，其实包括了指向person类型的指针、name成员和age成员：

```

| --> pointer to struct person |

| |

| +------------+ |

| | name member| |

| +------------+ |

| | age member | |

| +------------+ |

| list member | pointer to struct list_head |

```

由于compiler是知道person结构体中list成员的偏移量的，因此可以通过char*类型的指针，很方便地计算出person结构体首地址：

```c

((char *)(ptr) - offsetof(type,member))

```

最后，将char*类型的指针强制转换成type*类型，就可以得到person结构体的首地址了。

最后，总结一下本文介绍的container_of用法及实现原理。container_of宏的主要作用是给定一个指向结构体成员变量的指针，然后反推出该结构体变量的首地址。container_of的实现方法是通过结构体成员在该结构体中的偏移量，加上指向结构体成员变量的指针，得到该结构体变量的首地址。在实现过程中，使用了C语言库函数offsetof以及char*类型指针的计算方法。

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