container_of的实现原理与使用场景

`container_of` 是一个宏定义，用于从某个结构体成员的指针获取该结构体的指针，其实现原理是利用了结构体成员在结构体中的偏移量。

假设我们有如下定义的结构体：

struct my_struct {
    int a;
    char b;
    long c;
};

我们可以通过如下方式定义一个该结构体类型的指针变量：

struct my_struct *p;

如果我们有一个指向该结构体中的 `b` 成员的指针 `q`，我们可以用 `container_of` 宏定义获取该结构体的指针，具体实现如下：

#define container_of(ptr, type, member) \
    (type *)((char *)(ptr) - offsetof(type, member))

其中，`ptr` 是指向结构体成员的指针，`type` 是结构体类型，`member` 是结构体成员名。`offsetof` 是一个 C 语言内置的宏定义，用于计算结构体成员在结构体中的偏移量。

使用 `container_of` 宏定义可以方便地从结构体成员的指针获取该结构体的指针，使用场景包括：

1. 在 Linux 内核中，经常需要从某个数据结构中的成员获取包含该成员的数据结构的指针。

2. 在嵌入式系统开发中，经常需要从硬件寄存器的地址获取包含该寄存器的数据结构的指针。

3. 在网络编程中，经常需要从套接字文件描述符的值获取包含该套接字的数据结构的指针。

相关问题

container_of宏的作用及使用场景

### 回答1：
`container_of()` 是一个用于在一个数据结构中获取指向包含该结构的对象的指针的宏。它通常在内核开发中使用，特别是在实现链表或其他数据结构时使用。

在实现链表等数据结构时，通常会将数据结构嵌入到包含它的结构中。这种情况下，要获取指向包含它的结构的指针，可以使用 `container_of()` 宏。

例如，假设我们有一个包含一个 `struct list_head` 的结构体 `my_struct`：

struct my_struct {
    int data;
    struct list_head list;
};

并且我们有一个指向 `list` 的指针 `struct list_head *ptr`，我们可以使用 `container_of()` 宏来获取指向 `my_struct` 的指针：

struct my_struct *p = container_of(ptr, struct my_struct, list);

这个宏的实现非常巧妙，在实际使用时需要注意一些细节，比如数据结构中包含的成员变量名必须是 `list`，否则会编译错误。

### 回答2：
container_of宏是Linux内核中提供的一个非常重要的宏，并且在其他操作系统的内核开发中也有类似的实现。它的作用是通过指向结构体成员的指针来获取整个结构体的起始地址。

使用container_of宏可以方便地在提供结构体成员指针的情况下，快速地获取整个结构体的地址，从而可以方便地在后续的代码中访问结构体的其他成员。

container_of宏的使用场景非常广泛，特别在内核开发中经常使用。下面举几个常见的例子：

1. 链表操作中，可以通过链表节点的指针获取对应的结构体地址，进而进行各种链表操作。比如，在遍历链表时，可以通过container_of宏获取当前节点所在的结构体地址，并进行特定的操作。

2. 内核或驱动模块中，通过传递成员指针来获取整个包含该成员的结构体地址。在内核中，经常使用结构体指针作为参数传递，container_of宏可以方便地获取结构体的起始地址，并对整个结构体进行操作。

3. 内存分配中，container_of宏可以用于获取包含某个内存块的结构体地址。比如，在使用kmalloc分配内存时，可以通过container_of宏获取对应结构体的地址，并对其进行初始化。

总之，container_of宏的作用及使用场景是为了在操作系统内核或驱动开发中，通过成员指针快速获取对应结构体的起始地址，从而方便地进行后续的操作。它的使用可以简化代码逻辑，提高开发效率，因此被广泛使用。

### 回答3：
container_of宏是Linux内核中的一个常用宏，它的作用是通过一个结构体成员变量的指针，推导出该结构体变量的起始地址。

在C语言中，结构体变量的不同成员在内存中是依次存放的。当我们拥有一个结构体成员变量的指针时，如果想获取这个指针所属的结构体变量的起始地址，就可以使用container_of宏。

container_of宏的定义如下：

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

其中，ptr表示待推导的结构体成员变量的指针，type表示目标结构体类型，member表示成员变量名。

使用container_of宏时，我们需要提供三个参数：成员变量的指针，结构体类型和成员变量名。宏内部使用typeof关键字来获取成员变量的指针的类型，然后使用offsetof宏来获取成员变量在结构体中的偏移量。最后，通过将成员变量的指针减去偏移量，就可以得到结构体变量的起始地址。

container_of宏在Linux内核中广泛使用，在遍历链表的时候特别有用。由于链表的节点通常嵌入在结构体中作为成员变量，当我们拥有一个链表节点的指针时，使用container_of宏可以方便地获取到包含该节点的结构体变量的起始地址。

总的来说，container_of宏是Linux内核中的一个实用工具，通过结构体成员变量的指针，可以倒推结构体变量的起始地址。这在操作链表等场景中特别有用。

container_of原理

container_of宏的原理是通过已知结构体成员变量的地址，来获取整个结构体的首地址。它是在Linux内核中定义的宏，实现方式如下：

1. 首先，使用offsetof宏来计算出成员变量相对于结构体首地址的偏移量。

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

2. 接下来，使用typeof来获取成员变量的类型，然后定义一个临时指针__mptr，并将传入的成员变量的地址赋值给它。

   const typeof(((type *)0)->member) *__mptr = (ptr);

3. 最后，通过将__mptr指针减去偏移量的方式，得到整个结构体的首地址，并将其强制转换为指向结构体类型的指针。

   (type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member));

这样，container_of宏就可以根据已知的成员变量地址，推算出整个结构体的首地址。从而可以直接访问结构体的其他成员。
引用可以更详细地了解container_of宏的使用示例。<span class="em">1</span><span class="em">2</span><span class="em">3</span>
#### 引用[.reference_title]
- *1* *2* *3* [Linux 内核 container_of 宏详解](https://blog.csdn.net/m0_37383484/article/details/129244244)[target="_blank" data-report-click={"spm":"1018.2226.3001.9630","extra":{"utm_source":"vip_chatgpt_common_search_pc_result","utm_medium":"distribute.pc_search_result.none-task-cask-2~all~insert_cask~default-1-null.142^v92^chatsearchT3_1"}}] [.reference_item style="max-width: 100%"]
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