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Kernel Container_of详解--通过结构体内部成员地址获取到结构体地址
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| [Kernel Container_of详解--通过结构体内部成员地址获取到结构体地址
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](http://blog.csdn.net/gatieme) | [`LDD-LinuxDeviceDrivers/study/pattern/container_of`](https://github.com/gatieme/LinuxDeviceDrivers/tree/master/study/pattern/container_of) |
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<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>
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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
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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 ?
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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
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```cpp
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typedef struct DataNode
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{
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Data d;
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struct list_head ptr;
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}DataNode;
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```
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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.
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#1 container_of宏函数
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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 :
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```cpp
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/////////////////////
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// container_of
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/////////////////////
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结构体类型 container_type 中包含了一个名为 container_field 的成员字段
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通过该成员的地址获取到整体结构类型 container_type 的地址
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point -=> 已知的成员数据的地址
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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)
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container_field -=> 已知的成员数据的字段名称
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container_of(point, container_type, container_field)
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```
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`container_of` 宏的实现参见[未填写链接](), 其主要实现如下所示
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```cpp
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#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
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#define container_of(ptr, type, member) \
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({ \
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const typeof( ((type *)0)->member) *m_ptr = (ptr); \
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(type *)( (char *)m_ptr - offsetof(type, member) ); \
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})
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```
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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.
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#2 关于NULL指针异常的疑惑
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> **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).
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参见如下代码:
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```cpp
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#include <stdio.h>
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#include <stdlib.h>
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int main(int argc, char *argv[])
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{
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/////////////////////
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// 合法操作
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/////////////////////
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// 取地址
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printf("address = %p\n", &(*(int *)0));
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// sizeof 运算
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printf("sizeof = %ld\n", sizeof(*(int *)0));
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// typeof 运算
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typeof(*(int *)0) temp1 = 8;
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printf("temp = %d\n", temp1);
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/////////////////////
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// 非法操作
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/////////////////////
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// 对 NULL 指针进行读
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typeof(*(int *)0) temp2 = *(int *)0;
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// 对 NULL 指针进行写
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*(int *)0 = 7;
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return EXIT_SUCCESS;
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}
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```
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#3 container_of宏函数分析
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了解了这点, 下面我们接着来分析 `container_of` 宏函数的实现
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**已知条件**
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* 条件1--已知结构体重成员字段 `container_field` 的地址 `point`
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* 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`
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**求解** 结构体的起始地址
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**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.
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首先获取已知字段相对于结构体起始地址的偏移
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```cpp
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#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
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```
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接着我们就用已知地址减去偏移, 拿到起始地址
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```cpp
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#define container_of(ptr, type, member) \
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({ \
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const typeof( ((type *)0)->member) *m_ptr = (ptr); \
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(type *)( (char *)m_ptr - offsetof(type, member) ); \
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})
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```
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#4 测试程序
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```cpp
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#include <stdio.h>
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#include <stdlib.h>
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/////////////////////
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// container_of
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/////////////////////
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#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
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#define container_of(ptr, type, member) \
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|
({ \
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|
const typeof( ((type *)0)->member) *m_ptr = (ptr); \
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|
(type *)( (char *)m_ptr - offsetof(type, member) ); \
|
|
})
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typedef struct CTest
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{
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int m_a;
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int m_b;
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}CTest;
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/////////////////////
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// test main
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/////////////////////
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int main(void)
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{
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CTest cc = {
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.m_a = 10,
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.m_b = 20,
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};
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int *pa = &(cc.m_a);
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CTest *pc = container_of(pa, CTest, m_a);
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printf("%p %p\n", &cc, pc);
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printf("%d %d\n", pc->m_a, pc->m_b);
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return 0;
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}
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```
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* 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
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