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linux内核数据结构--基础宏

在阅读内核源码时,存在一些基础的宏定义和函数,这里主要记录一下offsetofcontainer_of

offsetof

获得结构体(TYPE)的变量成员(MEMBER)在此结构体中的偏移量。

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

From file:include/linux/stddef.h

  1. ((TYPE *)0):将零转型为TYPE类型指针,即TYPE类型的指针的地址是0。
  2. ((TYPE *)0)->MEMBER:访问结构中的数据成员。
  3. &(((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。
  4. (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。

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 获得结构体(TYPE)的变量成员(MEMBER)在此结构体中的偏移量。
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)

struct student {
char gender;
int id;
int age;
char name[20];
};

void main()
{
int gender_offset, id_offset, age_offset, name_offset;

gender_offset = offsetof(struct student, gender);
id_offset = offsetof(struct student, id);
age_offset = offsetof(struct student, age);
name_offset = offsetof(struct student, name);

printf("gender_offset = %d\n", gender_offset);
printf("id_offset = %d\n", id_offset);
printf("age_offset = %d\n", age_offset);
printf("name_offset = %d\n", name_offset);
}

运行结果:

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gender_offset = 0
id_offset = 4
age_offset = 8
name_offset = 12

图解

list_offsetof

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。

container_of

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。

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

From file:include/linux/kernel.h

  1. typeof(((type *)0)->member): 取出member成员的变量类型。
  2. 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。
  3. (char *)__mptr: 将__mptr转换为字节型指针。
  4. offsetof(type,member)): 就是获取”member成员”在”结构体type”中的位置偏移。
  5. (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)。
  6. (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”。

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#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

// 获得结构体(TYPE)的变量成员(MEMBER)在此结构体中的偏移量。
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)

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

struct student {
char gender;
int id;
int age;
char name[20];
};

void main()
{
struct student stu;
struct student *pstu;

stu.gender = '1';
stu.id = 9527;
stu.age = 24;
strcpy(stu.name, "zhouxingxing");

// 根据"id地址" 获取 "结构体的地址"。
pstu = container_of(&stu.id, struct student, id);

// 根据获取到的结构体student的地址,访问其它成员
printf("gender= %c\n", pstu->gender);
printf("age= %d\n", pstu->age);
printf("name= %s\n", pstu->name);
}

运行结果:

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gender= 1
age= 24
name= zhouxingxing

图解

list_container_of

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。

参考

-------------本文结束感谢您的阅读-------------
  • 本文作者: Winddoing
  • 本文链接: https://winddoing.github.io/post/56380.html
  • 作者声明: 本博文为个人笔记, 由于个人能力有限,难免出现错误,欢迎大家批评指正。
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