【LeafC】C语言之宏魔法4：offsetof&container_of

开门见山

offsetof用于获取结构体成员的相对偏移，container_of通过结构体字段获取结构体地址。

offsetof

offsetof的标准实现如下，其被定义在stddef.h中：

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

offsetof宏的计算发生在编译阶段。

GCC编译器还为此提供一个内置函数__builtin_offsetof以提高编译效率：

#define offsetof(TYPE, MEMBER) __builtin_offsetof(TYPE, MEMBER)

container_of

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

typeof是GCC编译器的一个扩展，用于获取变量或表达式的类型。在container_of宏中，typeof( ((type *)0)->member )用于获取结构体type中成员member的类型。

Linux内核实现中，为了更严格的类型检查，和更好的符合C语言标准，container_of宏的实现如下：

#define container_of(ptr, type, member) ({    
 void *__mptr = (void *)(ptr);     
 static_assert(__same_type(*(ptr), ((type *)0)->member) || 
        __same_type(*(ptr), void),   
        "pointer type mismatch in container_of()"); 
 ((type *)(__mptr - offsetof(type, member))); })

static_assert是C11引入的静态断言机制，__same_type由GCC编译器提供的内置函数实现。

实际应用

container_of典型的应用就是Linux内核中链表的实现：

struct list_head {
 struct list_head *next, *prev;
};
#define list_entry(ptr, type, member) 
 container_of(ptr, type, member)

// 通过链表节点获取节点所在结构，以下为示意，省略部分代码
struct my_struct {
    int a;
    char b;
    struct list_head node;
};
struct my_struct data;
struct my_struct *entry = list_entry(&data, struct my_struct, node)