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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)

 

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)    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)

 

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。

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