大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。
上一篇我们讲到内核链表和普通链表的区别,就有小伙伴追问:内核链表是怎么通过指针域来访问数据域的呢?这篇文章我们就来解答这个问题。
上述问题可以具体描述为: ① 有一个结构体变量 led
struct led_dev {
char *name;
int brightness;
struct list_head link;
int flags;
};
struct led_dev led;
② 变量 led 不在当前代码的作用域内,无法直接操作其成员(可以理解为 led 变量在别的 .c 文件中,当前 .c 无法拿到这个变量直接使用)。
③ 已知 led.link 的地址,求 led 的地址是多少?
这时候,就用到了 linux 内核中提供的两个宏了
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
#define container_of(ptr, type, member) ({
\ const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); \ (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
简单介绍下:
offsetof
宏用来计算某个成员变量在结构体中的偏移量。
container_of
宏用来在给定一个变量的结构体类型,和这个变量的某个成员的地址的条件下,计算出这个变量的地址。
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
};
struct led_dev {
char *name;
int brightness;
struct list_head link;
int flags;
};
int main()
{
size_t off_set = 0;
off_set = offsetof(struct led_dev, name);
printf("off_set of name = %ld\n", off_set);
off_set = offsetof(struct led_dev, brightness);
printf("off_set of brightness = %ld\n", off_set);
off_set = offsetof(struct led_dev, link);
printf("off_set of link = %ld\n", off_set);
off_set = offsetof(struct led_dev, flags);
printf("off_set of flags = %ld\n", off_set);
return 0;
}
运行输出
off_set of name = 0
off_set of brightness = 8
off_set of link = 16
off_set of flags = 32
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
/** * container_of - cast a member of a structure out to the containing structure * @ptr: the pointer to the member. * @type: the type of the container struct this is embedded in. * @member: the name of the member within the struct. * */
#define container_of(ptr, type, member) ({
\ const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); \ (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
};
struct led_dev {
char *name;
int brightness;
struct list_head link;
int flags;
};
struct led_dev led = {
"green",
1,
{
NULL, NULL},
0xFF,
};
int main()
{
printf("led address : %p\n", &led); // 打印 led 的地址,这里仅仅打印,用来和后面计算的结果进行正确性对比,因为场景是 led 地址我们是不知道的。
printf("led.link address : %p\n", &led.link); // 假设通过链表拿到了下一个节点的指针域的地址:&led.link (隐含信息 &led.link = &led.link.next)
// 下面就想办法通过这个地址来推出节点的首地址,进而也就知道了所有成员的地址
struct led_dev *ptr = container_of(&(led.link), struct led_dev, link);
printf("ptr address : %p\n", ptr); // 检查 ptr 的地址是否和 led 的地址相同,想同的话,就表示我们成功拿到了 led 的地址。后面就能使用 ptr 来访问结构体中的其它成员变量了
printf("ptr->name = %s\n", ptr->name);
printf("ptr->brightness = %d\n", ptr->brightness);
printf("ptr->flags = 0x%x\n", ptr->flags);
return 0;
}
运行结果
led address : 0x55745d380020
led.link address : 0x55745d380030
ptr address : 0x55745d380020
ptr->name = green
ptr->brightness = 1
ptr->flags = 0xff
struct led_dev *ptr = container_of(&(led.link), struct led_dev, link);
可以看到,上述这句就是得到 led 地址的语句,入参是:led.link 的地址,led 的结构体类型,成员 返回结果:led 变量的地址。
从运行结果也可以看到,我们已知 led.link 的地址为 0x55745d380030,求得 led 的地址为 0x55745d380020,和代码一开始打印的 led 的地址相同,故结果正确。
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
对于这个宏,我们逐层去理解
1. 0
2. (TYPE *)0
3. ((TYPE *)0)->MEMBER
4. &((TYPE *)0)->MEMBER
5. (size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER
1、内存地址开始于 0 2、将 0 转换成 TYPE 类型的结构体指针,换句话说就是让编译器认为这个结构体开始于程序段的起始位置 3、引用结构体中的 MEMBER 成员 4、取地址 5、将取到的地址强制转换为 size_t 类型
因为这个结构体的起始地址被指定为 0,所以取到的结构体成员的绝对地址(当转换为数字)就是这个成员在结构体中的偏移量。
这个代码之所以没有风险,是因为这里没有对任何内存进行写操作,甚至没有读操作。只是操作了指向这些位置的指针,而指针一般存储在机器寄存器或是通常的本地堆栈。
#define container_of(ptr, type, member) ({
\ const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); \ (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
同样进行逐层分析
1. 0
2. (type *)0
3. ((type *)0)->member
4. typeof( ((type *)0)->member )
5. typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr
6. typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);
7. (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );
1、2、3、 同 offsetof 4、typeof 获取变量类型 5、使用获取到的类型定义一个临时指针变量 __mptr 6、将传入的成员变量地址赋值给 __mptr 7、用 __mptr 减去成员在结构体中的偏移量,就得到了结构体变量的地址
发布者:全栈程序员栈长,转载请注明出处:https://javaforall.cn/172082.html原文链接:https://javaforall.cn