详细聊聊container_of这个宏定义
正文
大家周末好，我是bug菌~ 今天主要是跟大家详细聊聊container_of这个宏定义，非常经典的宏，只是一直没有抽时间细细品味，今天就跟大家一起来看看有何神奇之处:
1offsetof
首先我们需要简单看看offsetof(type, member) 这个宏定义，它是用于计算一个结构体中某个成员的偏移量。
其第一个参数 type 是一个结构体类型，第二个参数 member 是 type 中的一个成员变量名。
它将返回类型为 size_t 的整数，表示 member 相对于 type 起始地址的偏移量。
基本原理是根据 c 语言的数据对齐机制，成员变量在类型定义中的相对位置决定了它的偏移量。
#define offsetof(type, member) ((size_t) &((type *)0)->member)
该宏定义使用了c语言中的指针运算和类型转换。具体实现步骤如下：
1、(type *)0：将0强制类型转换为指向类型为type的指针，得到了一个结构体type的空指针。
2、&((type *)0)->member：求出结构体类型type中成员member的地址。其巧妙之处在于，由于空指针不指向任何对象，因此这个成员的地址就是相对于结构体首地址的偏移量。
3、(size_t)：将偏移量转换为无符号整型数，以满足c语言标准库中对offsetof()返回值的类型要求。
该宏定义可以在编译时就直接计算出偏移量，避免了运行时的计算开销，因此比通过变量名访问成员的方式更为高效，通常用在需要直接访问结构体成员的底层代码中，例如在操作系统内核、嵌入式系统以及一些高性能计算应用中。
struct teststruct { int value1; char value2; double value3; }; size_t offset = offsetof(struct teststruct, value2);
如上例，offset 变量将会存储 value2 相对于 teststruct 起始地址的偏移量。在这种情况下，因为 teststruct 中的 value1 通常占用了 4 个字节，value2 占用了 1 个字节，所以 value2 相对于结构体起始地址的偏移量应该是 4。
2container_of
讲完offsetof，来到今天的主角container_of，container_of()是一个在linux内核中经常使用的宏，用于获取一个结构体成员指针所在它所属的结构体的指针，有点绕口，细细品味。
该宏包括也主要包括三个参数：
ptr：结构体中某个成员的指针；
type：结构体类型名称；
member：结构体中ptr指向的成员名称。
首先，宏container_of()确定了ptr指向的成员在结构体中的偏移(offset)。通过offsetof()宏就可以得到这个偏移，其参数为结构体类型和成员名称。得到偏移后，再通过减去偏移的方式得到指向整个结构体的指针，巧妙吧。
具体实现如下：
#define container_of(ptr, type, member) ({ const typeof(((type *)0)->member) *__mptr = (ptr); (type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); })
其中，typeof是gcc的一个扩展关键字，用于返回一个表达式的类型，可惜，大部分非gcc编译器不一定能支持。
假设ptr指向的成员变量的类型为t，__mptr就是一个指向t类型的指针。然后，调用offsetof()即可得到member在type类型中的偏移量，最后返回一个指向type类型的指针。
注意，尖括号不能省略，因为它表示类型转换。此外，container_of()宏使用了一个gcc的语言扩展statement expression，即后面的{}，可以在其中包含多条语句。
下面给出一个示例，用于说明container_of()的使用方法：
#include #include #define container_of(ptr, type, member) ({ const typeof(((type *)0)->member) *__mptr = (ptr); (type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); })struct student { int id; char name[20];};int main() { struct student stu = {10001, zhang san}; char *pname = stu.name; struct student *pstu = container_of(pname, struct student, name); printf(id: %d, name: %s, pstu->id, pstu->name); return 0;}
如上例，pname指向stu的name成员，通过container_of()宏获得了指向整个struct student结构体的指针pstu，然后就可以访问id和name成员了。
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它将返回类型为 size_t 的整数，表示 member 相对于 type 起始地址的偏移量。
基本原理是根据 c 语言的数据对齐机制，成员变量在类型定义中的相对位置决定了它的偏移量。
#define offsetof(type, member) ((size_t) &((type *)0)->member)
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2、&((type *)0)->member：求出结构体类型type中成员member的地址。其巧妙之处在于，由于空指针不指向任何对象，因此这个成员的地址就是相对于结构体首地址的偏移量。
3、(size_t)：将偏移量转换为无符号整型数，以满足c语言标准库中对offsetof()返回值的类型要求。
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struct teststruct { int value1; char value2; double value3; }; size_t offset = offsetof(struct teststruct, value2);
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ptr：结构体中某个成员的指针；
type：结构体类型名称；
member：结构体中ptr指向的成员名称。
首先，宏container_of()确定了ptr指向的成员在结构体中的偏移(offset)。通过offsetof()宏就可以得到这个偏移，其参数为结构体类型和成员名称。得到偏移后，再通过减去偏移的方式得到指向整个结构体的指针，巧妙吧。
具体实现如下：
#define container_of(ptr, type, member) ({ const typeof(((type *)0)->member) *__mptr = (ptr); (type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); })
其中，typeof是gcc的一个扩展关键字，用于返回一个表达式的类型，可惜，大部分非gcc编译器不一定能支持。
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#include #include #define container_of(ptr, type, member) ({ const typeof(((type *)0)->member) *__mptr = (ptr); (type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); })struct student { int id; char name[20];};int main() { struct student stu = {10001, zhang san}; char *pname = stu.name; struct student *pstu = container_of(pname, struct student, name); printf(id: %d, name: %s, pstu->id, pstu->name); return 0;}
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