数据结构与算法 Linux内核中双向链表的实现基础

Posted 2021-04-25 码农有道

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了数据结构与算法 Linux内核中双向链表的实现基础相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

在前面文章中总结了双向链表，我们继续对Linux内核中双向链表进行探讨，将分为两篇文章讲述，本文则主要涉及Linux内核中非常常用的两个经典宏定义offsetof和container_of。它是理解Linux内涵双向链表的基础。

倘若你查看过Linux Kernel的源码，那么你对 offsetof 和 container_of 这两个宏应该不陌生。这两个宏最初是极客写出的，后来在Linux内核中被推广使用。下面分别介绍。

offsetof

定义：offsetof在linux内核的include/linux/stddef.h中定义。

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

功能：获得结构体(TYPE)的变量成员(MEMBER)在此结构体中的偏移量。

(2) ((TYPE *)0)->MEMBER: 访问结构中的数据成员。

(4) (size_t)(&(((TYPE*)0)->MEMBER)): 结果转换类型。对于32位系统而言，size_t是unsigned int类型；对于64位系统而言，size_t是unsigned long类型。

TYPE是结构体，它代表"整体"；而MEMBER是成员，它是整体中的某一部分。将offsetof看作一个数学问题来看待，问题就相当简单了：已知'整体'和该整体中'某一个部分'，而计算该部分在整体中的偏移。下面看一个例子。

#include <stdio.h>

// 获得结构体(TYPE)的变量成员(MEMBER)在此结构体中的偏移量。
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)

struct student
{
    char gender;
    int id;
    int age;
    char name[20];
};

int main()
{
    int gender_offset, id_offset, age_offset, name_offset;

    gender_offset = offsetof(struct student, gender);
    id_offset = offsetof(struct student, id);
    age_offset = offsetof(struct student, age);
    name_offset = offsetof(struct student, name);
    
    printf("gender_offset = %d\n", gender_offset);
    printf("id_offset = %d\n", id_offset);
    printf("age_offset = %d\n", age_offset);
    printf("name_offset = %d\n", name_offset);
}

运行结果

gender_offset = 0
id_offset = 4
age_offset = 8
name_offset = 12

container_of

定义：container_of在linux内核的include/linux/kernel.h中定义。

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

说明：根据"结构体(type)变量"中的"域成员变量(member)的指针(ptr)"来获取指向整个结构体变量的指针。

(1) typeof( ( (type *)0)->member ): 取出member成员的变量类型。

(3) (char *)__mptr: 将__mptr转换为字节型指针。

(4) offsetof(type,member)) 就是获取"member成员"在"结构体type"中的位置偏移。

(6) (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) ): 就是将"char *类型的结构体type的指针"转换为"type *类型的结构体type的指针"。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

// 获得结构体(TYPE)的变量成员(MEMBER)在此结构体中的偏移量。
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)

// 根据"结构体(type)变量"中的"域成员变量(member)的指针(ptr)"
来获取指向整个结构体变量的指针

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

struct student
{
    char gender;
    int id;
    int age;
    char name[20];
};

int main()
{
    struct student stu;
    struct student *pstu;

    stu.gender = '1';
    stu.id = 9527;
    stu.age = 24;
    strcpy(stu.name, "zhouxingxing");

    // 根据"id地址" 获取 "结构体的地址"。
    pstu = container_of(&stu.id, struct student, id);

    // 根据获取到的结构体student的地址，访问其它成员
    printf("gender= %c\n", pstu->gender);
    printf("age= %d\n", pstu->age);
    printf("name= %s\n", pstu->name);
}

运行结果：

gender= 1
age= 24
name= zhouxingxing