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最详尽解释Linux内核源码中的container_of宏及其标准C版本实现

在Linux内核源码文件 include/linux/kernel.h中,定义了container_of宏,源码如下:

/**
 * container_of - cast a member of a structure out to the containing structure
 * @ptr:        the pointer to the member.
 * @type:       the type of the container struct this is embedded in.
 * @member:     the name of the member within the struct.
 *
 */
#define container_of(ptr, type, member) ({                      \
        const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);    \
        (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})

对于这个宏的准确理解是进入Linux内核源码分析的必不可少条件,我自己百度了一下,有很多博文对此进行了解释,然而没有一个能解释的十分清楚。于是google了一下,参考了一些英文资料,终于把这个问题搞清楚了,记录下来供自己和大家参考。

1 container_of宏的作用与实现原理

这个宏的唯一目的就是根据一个结构体实例的成员所在的内存地址,推算出该结构体的起始内存地址。在C语言中,已知结构体定义的情况下,编译器负责安排结构体实例的内存布局,当然编译器对于每个成员变量在结构体中的偏移量非常清楚。

struct Student
{
    int age;
    float score;
    char* name;
};

根据成员变量的地址来计算结构体的起始地址也就非常简单了:成员变量地址 - 成员变量在结构体中的偏移量。
总之,在C语言中,编译器在编译期间能够确定成员变量在结构体中的偏移量。

2 几个关键语法

2.1 如何获取结构体中成员变量的内存偏移量

尽管C语言编译器对成员变量的内存偏移了如指掌,然而C语言标准中并没有提供一个非常直观的语法来让程序员获取此偏移量。也许C语言设计者认为这种需求主要实在编译器内部,对于C程序员来说并不常用。为此需要一个小小的技巧,即假设结构体起始地址为A,那么(成员变量的内存地址 - A)就是偏移量了。更进一步,令A=0,那么此时成员变量的内存地址==偏移量,写成代码如下:

;