container_of 函数的分析

news2024/9/30 5:43:43

这个函数的目的是，通过结构体里面的内容找到大结构体的基地址。

函数的原型是：　

ＰＴＲ是指针

ｔｙｐｅ　，　ｍｅｍｂｅｒ　都是具体的类型。

   12 /**
   11 ▎* container_of - cast a member of a structure out to the containing structure
   10 ▎* @ptr:    the pointer to the member.
    9 ▎* @type:   the type of the container struct this is embedded in.
    8 ▎* @member: the name of the member within the struct.
    7 ▎*
    6 ▎*/
    5 #define container_of(ptr, type, member) ({              \
    4 ▎   void *__mptr = (void *)(ptr);                   \
    3 ▎   BUILD_BUG_ON_MSG(!__same_type(*(ptr), ((type *)0)->member) &&   \
    2 ▎   ▎   ▎    !__same_type(*(ptr), void),            \
    1 ▎   ▎   ▎    "pointer type mismatch in container_of()");    \
  856 ▎   ((type *)(__mptr - offsetof(type, member))); })
    1
    2 /**

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先来看一个我自己的追踪，

接下来看一下 offsetof() 函数

结果是个这个。

再来追踪 __builtin_offsetof（）函数就追踪不到了，这是一个ＧＣＣ的函数。

从网上找找这个函数的实现。

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

接下来　解释　一下　这个函数。还是　又不少的东西的。

首先是　这个　：　(TYPE *)0)->MEMBER

它的意思是　，　在　ＴＹＰＥ　这个结构体中，　找到　MEMBER成员，但是编译器首先会找到ＭＥＭＢＥＲ的偏移地址，　并不会　对　０　地址的内存有什么操作　，　先。

然后是：　　　&((TYPE *)0)->MEMBER)　　　，　这意味着　　我不是已经找到了MEMBER的的位置了吗，现在对这个位置取地址，你知道，基地址是0 ，所以ＭＥＭＢＥＲ的地址，就是一个相对地址，　这样我实际上找到的是　ＴＹＰＥ　与MEMBER的差值。但是这个地址值，是有类型的，类型就是ＭＥＭＢＥＲ* 。

然后就是： ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER) 我把它强制转换成了一个 int 类型，这就是一个数字了。

然后就是： __mptr - offsetof(type, member))) 这实际上就是 __mptr 减去一个 int 型的数字，

void *__mptr = (void *)(ptr) 这句说明， __mptr 是一个 void* 的指针。那么这句 __mptr - offsetof(type, member))) 就变成了指针加减一个整数了。

如果是在堆中的话，我们知道，堆是从下往上增长的。

那么这个 ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER) 将是一个正数。

那么 __mptr - offsetof(type, member))) 这个意味着指针的位置，在从上往下减，也就是从一个小结构体，找到了一个大结构体的基地址。

然后就是：　　　((type *)(__mptr - offsetof(type, member)));　　　这个函数的　ｔｙｐｅ＊　就是　在将　计算出的　大结构体的　指针　（这是一个数字），　转换成　大结构体指针类型，用于寻找　在这个大结构体　中的其他成员。

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来看看我自己的测试。

我是在 4412 arm 的裸机程序中做的测试。

 71 #define size_t unsigned int
 72 #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
 73
 74 struct human_mod{
 75
 76     int     head;
 77     char    eye;
 78     float   foot;
 79 };
 80
 81
 82 int main(void)
 83 {
 84         size_t ret;
 85         ret = offsetof(struct human_mod , foot);
 86         int i = 0;
 87         led_init ();
 88         while(1)
 89         {
 90
 91                 led_on(i%2);
 92                 led_off(((i-1)+2)%2);
 93                 i++;
 94                 delay_ms(500);
 95
 96         }
 97     return 0;
 98 }

这是汇编的结果：


int main(void)
{
40008198:       e92d4800        push    {fp, lr}
4000819c:       e28db004        add     fp, sp, #4
400081a0:       e24dd008        sub     sp, sp, #8
/home/topeet/topeet_wang_4412_for_yikoulinux/yikoulinux_code/led_c/led.c:85
        size_t ret;
        ret = offsetof(struct human_mod , foot);
400081a4:       e3a03008        mov     r3, #8
400081a8:       e50b300c        str     r3, [fp, #-12]
/home/topeet/topeet_wang_4412_for_yikoulinux/yikoulinux_code/led_c/led.c:86
        int i = 0;
400081ac:       e3a03000        mov     r3, #0
400081b0:       e50b3008        str     r3, [fp, #-8]
/home/topeet/topeet_wang_4412_for_yikoulinux/yikoulinux_code/led_c/led.c:87
        led_init ();
400081b4:       ebffff95        bl      40008010 <led_init>
/home/topeet/topeet_wang_4412_for_yikoulinux/yikoulinux_code/led_c/led.c:91
        while(1)
        {

也就是说，汇编的是已经是结果了，而不是过程。

这里直接把 8 这个数字算出来了。看来汇编代码还不底层，更底层的应该是编译器源码了。

400081a4: e3a03008 mov r3, #8