【LeafC】C語(yǔ)言之宏魔法4：offsetof&container_of

開(kāi)門見(jiàn)山

offsetof用于獲取結(jié)構(gòu)體成員的相對(duì)偏移，container_of通過(guò)結(jié)構(gòu)體字段獲取結(jié)構(gòu)體地址。

offsetof

offsetof的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)如下，其被定義在stddef.h中：

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

offsetof宏的計(jì)算發(fā)生在編譯階段。

GCC編譯器還為此提供一個(gè)內(nèi)置函數(shù)__builtin_offsetof以提高編譯效率：

#define?offsetof(TYPE,?MEMBER)?__builtin_offsetof(TYPE,?MEMBER)

container_of

#define?container_of(ptr,?type,?member)?({??????????????????
????const?typeof(?((type?*)0)->member?)?*__mptr?=?(ptr);????
????(type?*)(?(char?*)__mptr?-?offsetof(type,member)?);})

typeof是GCC編譯器的一個(gè)擴(kuò)展，用于獲取變量或表達(dá)式的類型。在container_of宏中，typeof( ((type *)0)->member )用于獲取結(jié)構(gòu)體type中成員member的類型。

Linux內(nèi)核實(shí)現(xiàn)中，為了更嚴(yán)格的類型檢查，和更好的符合C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，container_of宏的實(shí)現(xiàn)如下：

#define?container_of(ptr,?type,?member)?({????
?void?*__mptr?=?(void?*)(ptr);?????
?static_assert(__same_type(*(ptr),?((type?*)0)->member)?||?
????????__same_type(*(ptr),?void),???
????????"pointer?type?mismatch?in?container_of()");?
?((type?*)(__mptr?-?offsetof(type,?member)));?})

static_assert是C11引入的靜態(tài)斷言機(jī)制，__same_type由GCC編譯器提供的內(nèi)置函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際應(yīng)用

container_of典型的應(yīng)用就是Linux內(nèi)核中鏈表的實(shí)現(xiàn)：

struct?list_head?{
?struct?list_head?*next,?*prev;
};
#define?list_entry(ptr,?type,?member)?
?container_of(ptr,?type,?member)

//?通過(guò)鏈表節(jié)點(diǎn)獲取節(jié)點(diǎn)所在結(jié)構(gòu)，以下為示意，省略部分代碼
struct?my_struct?{
????int?a;
????char?b;
????struct?list_head?node;
};
struct?my_struct?data;
struct?my_struct?*entry?=?list_entry(&data,?struct?my_struct,?node)