Linux 宏定义之 offsetof 与 container_of（十九）

今天我们来看看 Linux 中的两个经典的宏：offsetof 与 container_of。下来我们先来看看它们两个的宏定义，如下

#ifndef offsetof#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t)&((TYPE*)0)->MEMBER)#endif#ifndef container_of#define container_of(ptr, type, member) ({                \        const typeof(((type*)0)->member)* __mptr = (ptr); \        (type*)((char*))__mptr - offsetof(type, member); })#endif

要想看懂这两个宏，我们就先来看看编译器做了什么？ offsetof 是用于计算 TYPE 结构体中 MEMBER 成员的偏移位置。编译器清楚的知道结构体成员变量的偏移位置，通过结构体变量首地址与偏移量定位成员变量。下来我们通过测试代码来进行说明

#include #ifndef offsetof#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t)&((TYPE*)0)->MEMBER)#endifstruct ST{    int i;     // 0    int j;     // 4    char c;    // 8};void func(struct ST* pst){    int* pi = &(pst->i);    //  0    int* pj = &(pst->j);    //  4    char* pc = &(pst->c);   //  8    printf("pst = %p\n", pst);    printf("pi = %p\n", pi);    printf("pj = %p\n", pj);    printf("pc = %p\n", pc);}int main(){    struct ST s = {0};    func(&s);    func(NULL);    printf("offset i: %d\n", offsetof(struct ST, i));    printf("offset j: %d\n", offsetof(struct ST, j));    printf("offset c: %d\n", offsetof(struct ST, c));    return 0;}

我们来看看结果

我们看到 pst 和 pi 打印的地址值是一样的，J 和 c 分别加 4。以 NULL 为参数传进去更加看的明显，而直接调用 offsetof 宏，它的效果和 NULL 是一样的。由此，它的作用就显而易见了，用于获取 TYPE 结构体中的 MEMBER 的偏移量。

下来我们来看看 container_of 宏，首先讲解下（{ }），它是 GNU C 编译器的语法扩展，它与逗号表达式的作用类似，结果为最后一个语句的值。如下所示

typeof 是 GNU C 编译器特有的关键字，它只在编译器生效，用于得到变量的类型。用法如下

最后的原理如下图所示

下来我们来编程进行分析说明

#include #ifndef offsetof#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t)&((TYPE*)0)->MEMBER)#endif#ifndef container_of#define container_of(ptr, type, member) ({                   \        const typeof(((type*)0)->member)* __mptr = (ptr);   \        (type*)((char*)__mptr - offsetof(type, member)); })#endif#ifndef container_of_new#define container_of_new(ptr, type, member) ((type*)((char*)(ptr) - offsetof(type, member)))#endifstruct ST{    int i;     // 0    int j;     // 4    char c;    // 8};void method_1(){    int a = 0;    int b = 0;    int r = (           a = 1,           b = 2,           a + b                );    printf("r = %d\n", r);}void method_2(){    int r = ( {                  int a = 1;                  int b = 2;                  a + b;              } );    printf("r = %d\n", r);}void type_of(){    int i = 100;    typeof(i) j = i;    const typeof(j)* p = &j;    printf("sizeof(j) = %d\n", sizeof(j));    printf("j = %d\n", j);    printf("*p = %d\n", *p);}int main(){    method_1();    method_2();    type_of();    struct ST s = {0};    char* pc = &s.c;    int e = 0;    int* pe = &e;    struct ST* pst = container_of(pc, struct ST, c);    printf("&s = %p\n", &s);    printf("pst = %p\n", pst);    return 0;}

我们来编译看看结果

编译的时候报了 4 个警告，但是不影响我们的输出，看看运行结果

上面的两个输出 r 的值是一样的，它们的写法是等价的。用 container_of 宏调用的时候，s 和 pst 的地址值是一样的。那么我们用自己定义的 container_of_new 宏来调用 pe 试试呢？看看结果

编译的时候已经给出警告了，说 pc 的类型是不对的。然后我们来运行看看结果

我们发现最后打印的 s 和 pst 的值竟然是不一样的。由此可以看出，原生的 container_of 宏写法虽然复杂点，但是它的安全性是最高的。通过今天对 offsetof 与 container_of 宏的剖析，总结如下：1、编译器清楚的知道结构体成员变量的偏移位置；2、({ }) 与逗号表达式类似，结果为最后一个语句的值；3、typeof 只在编译期生效，用于得到变量的类型；4、container_of 使用 ({ }) 进行类型的安全检查。