container_of宏的一种高级用法

从数组的一个成员，反推出包含该数组的外围结构体

问题

驱动经常会注册各种回调，回调会对入参应用container_of宏，来得到外围对象的指针，从而访问外围对象的其他字段。
有的时候，回调函数的入参，并不是想要访问的结构体的儿子字段，而是孙子字段，甚至是重孙子字段，并且这种嵌套关系可能并不是简单的结构体嵌套，而是数组嵌套，例如这样的：

struct board{
    int slot;
    int ip;
};

struct chassis{
    int id;
    struct board boards[3];  // 数组嵌套
    int weight;
};

现在假设，我有第二个board对象的指针

struct chassis c = {
    .id = 10,
    .boards = {
        {1, 0xcafebabe},
        {2, 0xdeadbeef},
        {3, 0xaa55aa55}
    },
    .weight = 20
};

struct board *b = c.boards[1]; // 第二个board对象的指针！

但没法通过一阶container_of宏函数调用来获得chassis的指针，因为我不能这样

struct chassis *c2 = container_of(b, struct chassis, boards);
printf("%d, %d\n", c2->id, c2->weight);

或这样

struct chassis *c2 = container_of(b, struct chassis, board);
printf("%d, %d\n", c2->id, c2->weight);

来得到chassis对象的引用，因为前者指针值不匹配，后者字段名不匹配。

解决办法

笨办法

可以先得到boards数组的基地址，然后再得到chassis的地址：

// 先将结构体指针转型成char*指针，这样才能进行字节粒度的指针运算
// slot减1是因为槽位号从1开始，而数组下标从0开始
struct board *b0 = (struct board *)((char *)b - sizeof(struct board) * (b->slot -1));
struct chassis *c3 = container_of(b0, struct chassis, boards);

但这样进行2次类型转换显得很笨拙

更好的办法

想到将上面2步结合起来，并给container_of的参数1用上指针偏移运算会根据类型自动调整字节数的机制：

struct chassis *c3 = container_of(b - (b->slot -1), struct chassis, boards);

更更好的办法

其实container_of宏的第三个参数同是可以为表达式的，t同样能引入指针偏移运算

struct chassis *c4 = container_of(b, struct chassis, boards[b->slot -1]);

根据board自带的slot槽位信息，算出b在boards结构体数组中的索引，然后就可以既满足指针值匹配，又满足字段名匹配，从而让container_of宏算出真正的chassis对象地址

注意事项

只要回调函数入参包含能标识自身数组索引的字段，就可以使用本文所述的方法。
container_of宏的参数3必须是参数1指向的对象，而不是参数1指向的对象的指针，否则编译时container_of调用的类型检查宏BUILD_BUG_ON_MSG会报错：参数1和参数3类型不匹配！

总结

在技术上，人应该贪心点，时常想想：有没有更好的解决办法？

附录：完整实例代码

#include<stdio.h>

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

#define container_of(ptr, type, member) ({              \
    void *__mptr = (void *)(ptr);                   \
    ((type *)(__mptr - offsetof(type, member))); })

struct board{
    int slot;
    int ip;
};

struct chassis{
    int id;
    struct board boards[3];
    int weight;
};

int main()
{
    struct chassis c = {
        .id = 10,
        .boards = {
            {1, 0xcafebabe},
            {2, 0xdeadbeef},
            {3, 0xaa55aa55}
        },
        .weight = 20
    };
    // 根据board1的IP获取board1的地址
    struct board *b = container_of(&c.boards[1].ip, struct board, ip);
    printf("%d\n", b->slot);
    // 根据board1的地址获取chassis的地址
    struct chassis *c2 = container_of(b, struct chassis, boards[b->slot -1]);
    printf("%d, %d\n", c2->id, c2->weight);
    return 0;
}