向内核提交PACTH...

2026-09-22 12:43:39 +08:00 · 2017-09-02 16:23:34 +08:00
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commit 0dc82e48b8
17 changed files with 1208 additions and 242 deletions
@@ -0,0 +1,29 @@
+target=null_operation test1 test2 test_container_of
+
+all:$(target)
+
+null_operation : null_operation.o
+	$(CC) $^ -o $@ $(LDFLAGS) -lpthread
+	@echo "NULL指针对象的合法和非法操作..."
+
+test1 : test1.o
+	$(CC) $^ -o $@ $(LDFLAGS) -lpthread
+	@echo "NULL指针结构体对象的合法和非法操作1..."
+
+test2 : test2.o
+	$(CC) $^ -o $@ $(LDFLAGS) -lpthread
+	@echo "NULL指针结构体对象的合法和非法操作2..."
+
+test_container_of : test_container_of.o
+	$(CC) $^ -o $@ $(LDFLAGS) -lpthread
+	@echo "container_of宏函数测试用例..."
+
+%.o : %.c
+	$(CC) -c $^ -o $@  $(CFLAGS) $(DEFINES)
+
+%.o	: %.cpp
+	$(CXX) -c $^ -o $@  $(CFLAGS) $(DEFINES)
+
+clean :
+	rm -rf *.o
+	rm -rf $(target)
@@ -0,0 +1,192 @@
+Kernel Container_of详解--通过结构体内部成员地址获取到结构体地址
+=======
+
+| CSDN | GitHub |
+|:----:|:------:|
+| [Kernel Container_of详解--通过结构体内部成员地址获取到结构体地址
+](http://blog.csdn.net/gatieme) | [`LDD-LinuxDeviceDrivers/study/pattern/container_of`](https://github.com/gatieme/LinuxDeviceDrivers/tree/master/study/pattern/container_of) |
+
+
+<br>
+<a rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/"><img alt="知识共享许可协议" style="border-width:0" src="https://i.creativecommons.org/l/by-nc-sa/4.0/88x31.png" /></a>
+本作品采用<a rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/">知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际许可协议</a>进行许可, 转载请注明出处
+<br>
+
+
+
+在 `Linux` 内核 `Kernel` 中大量使用指针和结构体数据,　这时候经常需要这样的操作, 我们知道了结构体某个成员的地址信息,　怎么拿到这个结构体的地址呢 ?
+
+
+
+
+
+最直观的, 内核中在设计链表,　树等数据结构的时候为了代码的复用和效率, 设计了一套通用的模板. 将链表和书结构分为设计为 `struct list_head` 和　`struct rb_node`, 然后在数据结构体中包含此通用结构, 比如
+
+```cpp
+typedef struct DataNode
+{
+    Data d;
+    struct list_head ptr;
+}DataNode;
+```
+
+那么这个时候, 遍历或者查询链表或者树, 访问的都是通用数据结构( `struct list_head` 和　`struct rb_node` ), 这时候如果想要得到私有数据(比如 `DataNode` 中的 `Data d`), 就需要先获取到整体结构体的地址.
+
+#1	container_of宏函数
+-------
+
+这是一个频繁的操作, 因此内核中提供了 `container_of` 宏函数来完成这个操作, 其声明形式如下所示 :
+
+```cpp
+/////////////////////
+// container_of
+/////////////////////
+结构体类型 container_type 中包含了一个名为 container_field 的成员字段
+通过该成员的地址获取到整体结构类型 container_type 的地址
+point           -=>     已知的成员数据的地址
+container_type  -=>     待获取地址的结构体的类型(point为指向其成员member的指针)
+container_field -=>     已知的成员数据的字段名称
+container_of(point, container_type, container_field)
+```
+
+`container_of` 宏的实现参见[未填写链接](), 其主要实现如下所示
+
+```cpp
+#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
+
+
+#define container_of(ptr, type, member)                                 \
+({                                                                      \
+        const typeof( ((type *)0)->member) *m_ptr = (ptr);              \
+        (type *)( (char *)m_ptr - offsetof(type, member) );             \
+})
+```
+
+其中 `offsetof` 宏用于获取结构体类型 `TYPE` 中 `member` 成员(相对于结构体首地址)的地址偏移. 由于没有实际的 `TYPE` 结构体对象, 因为使用 `NULL` 指针计算结构体成员的地址偏移, 由于 `NULL` 结构体的起始地址为 0, 因此直接索引即可得到结构体成员的地址.
+
+#2	关于NULL指针异常的疑惑
+-------
+
+> **注意**, `NULL` 指针虽然被认为是非法访问地址, 但是对其取地址, 进行 `sizeof` 和 `typeof`运算, 计算偏移信息等等都是合法的, 只是不可以被访问(读写).
+
+参见如下代码:
+
+```cpp
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+        /////////////////////
+        //  合法操作
+        /////////////////////
+        //  取地址
+        printf("address = %p\n", &(*(int *)0));
+
+        //  sizeof 运算
+        printf("sizeof  = %ld\n", sizeof(*(int *)0));
+
+        //  typeof 运算
+        typeof(*(int *)0) temp1 = 8;
+        printf("temp = %d\n", temp1);
+
+        /////////////////////
+        //  非法操作
+        /////////////////////
+        //  对 NULL 指针进行读
+        typeof(*(int *)0) temp2 = *(int *)0;
+
+        //  对 NULL 指针进行写
+        *(int *)0 = 7;
+        return EXIT_SUCCESS;
+}
+```
+
+#3	container_of宏函数分析
+
+了解了这点, 下面我们接着来分析 `container_of` 宏函数的实现
+
+**已知条件**
+
+*	条件1--已知结构体重成员字段 `container_field` 的地址 `point`
+
+*	条件2--结构体的定义 `container_type`, 其中已知字段的成员变量名为 `container_field`
+
+**求解**	结构体的起始地址
+
+**思路**	根据条件 `2` 可以很清楚的拿到已知字段相对于结构体起始地址的偏移, 再结合条件 `1`, 知道了已知字段的地址减去其相对于起始地址的偏移, 就可以直接拿到结构体的起始地址.
+
+
+首先获取已知字段相对于结构体起始地址的偏移
+
+```cpp
+#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
+```
+
+接着我们就用已知地址减去偏移, 拿到起始地址
+
+```cpp
+#define container_of(ptr, type, member)                                 \
+({                                                                      \
+        const typeof( ((type *)0)->member) *m_ptr = (ptr);              \
+        (type *)( (char *)m_ptr - offsetof(type, member) );             \
+})
+```
+
+#4	测试程序
+-------
+
+
+```cpp
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+/////////////////////
+// container_of
+/////////////////////
+#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
+
+
+#define container_of(ptr, type, member)                                 \
+({                                                                      \
+        const typeof( ((type *)0)->member) *m_ptr = (ptr);              \
+        (type *)( (char *)m_ptr - offsetof(type, member) );             \
+})
+
+
+typedef struct CTest
+{
+        int     m_a;
+        int     m_b;
+}CTest;
+
+
+/////////////////////
+// test main
+/////////////////////
+int main(void)
+{
+    CTest cc = {
+        .m_a = 10,
+        .m_b = 20,
+    };
+
+    int *pa = &(cc.m_a);
+    CTest *pc = container_of(pa, CTest, m_a);
+    printf("%p %p\n", &cc, pc);
+    printf("%d %d\n", pc->m_a, pc->m_b);
+
+    return 0;
+}
+```
+
+![`container_of` 测试程序](test_container_of.png)
+
+<br>
+
+*	本作品/博文 ( [AderStep-紫夜阑珊-青伶巷草 Copyright ©2013-2017](http://blog.csdn.net/gatieme) ), 由 [成坚(gatieme)](http://blog.csdn.net/gatieme) 创作 
+
+*	采用<a rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/"><img alt="知识共享许可协议" style="border-width:0" src="https://i.creativecommons.org/l/by-nc-sa/4.0/88x31.png" /></a><a rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/">知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际许可协议</a>进行许可. 欢迎转载、使用、重新发布, 但务必保留文章署名[成坚gatieme](http://blog.csdn.net/gatieme) ( 包含链接: http://blog.csdn.net/gatieme ), 不得用于商业目的
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+*	基于本文修改后的作品务必以相同的许可发布. 如有任何疑问，请与我联系.
@@ -0,0 +1,38 @@
+/*************************************************************************
+    > File Name: 1.c
+    > Author: GatieMe
+    > Mail: gatieme@163.com
+    > Created Time: Tue 18 Jul 2017 11:09:48 AM CST
+ ************************************************************************/
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+        /////////////////////
+        //  合法操作
+        /////////////////////
+	//  取地址
+        printf("address = %p\n", &(*(int *)0));
+
+        //  sizeof 运算
+        printf("sizeof  = %ld\n", sizeof(*(int *)0));
+
+        //  typeof 运算
+        typeof(*(int *)0) temp1 = 8;
+        printf("temp = %d\n", temp1);
+
+        /////////////////////
+        //  非法操作
+        /////////////////////
+        //  对 NULL 指针进行读
+        typeof(*(int *)0) temp2 = *(int *)0;
+
+        //  对 NULL 指针进行写
+        *(int *)0 = 7;
+        return EXIT_SUCCESS;
+}
+
+
@@ -0,0 +1,26 @@
+/*************************************************************************
+    > File Name: test.c
+    > Author: GatieMe
+    > Mail: gatieme@163.com
+    > Created Time: Tue 18 Jul 2017 09:08:52 AM CST
+ ************************************************************************/
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+
+struct test
+{
+        int     a;
+        int     b;
+};
+
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+        int *temp = &(((struct test *)0)->b);   //  -=> OK
+        typeof(((struct test *)0)->b) t1 = 8;   //  -=> OK
+        int t2 = ((struct test *)0)->b;
+        printf("temp = %d\n", *temp);
+
+	return EXIT_SUCCESS;
+}
@@ -0,0 +1,29 @@
+/*************************************************************************
+    > File Name: test2.c
+    > Author: GatieMe
+    > Mail: gatieme@163.com
+    > Created Time: Tue 18 Jul 2017 09:21:55 AM CST
+ ************************************************************************/
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+#define test1(a)                                \
+do {                                            \
+        typeof(a) temp = 7;                     \
+}while(0);
+
+int test2(int a)
+{
+        typeof(a) temp = 7;
+}
+
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+        printf("%d\n", __LINE__);
+        test1(*(int *)0);                       //  -=> run OK
+        printf("%d\n", __LINE__);
+        test2(*(int *)0);                       //  -=> run error
+        printf("%d\n", __LINE__);
+
+	return EXIT_SUCCESS;
+}
@@ -0,0 +1,47 @@
+/*************************************************************************
+    > File Name: test_container_of.c
+    > Author: GatieMe
+    > Mail: gatieme@163.com
+    > Created Time: Tue 18 Jul 2017 09:06:55 AM CST
+ ************************************************************************/
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+/////////////////////
+// container_of
+/////////////////////
+#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
+
+
+#define container_of(ptr, type, member)                                 \
+({                                                                      \
+        const typeof( ((type *)0)->member) *m_ptr = (ptr);              \
+        (type *)( (char *)m_ptr - offsetof(type, member) );             \
+})
+
+
+typedef struct CTest
+{
+        int     m_a;
+        int     m_b;
+}CTest;
+
+
+/////////////////////
+// test main
+/////////////////////
+int main(void)
+{
+    CTest cc = {
+        .m_a = 10,
+        .m_b = 20,
+    };
+
+    int *pa = &(cc.m_a);
+    CTest *pc = container_of(pa, CTest, m_a);
+    printf("%p %p\n", &cc, pc);
+    printf("%d %d\n", pc->m_a, pc->m_b);
+
+    return 0;
+}