在Linux内核中stddef.h文件中定义offsetof宏，其功能是获取某个结构体（Type）的变量成员（member）在结构体中的偏移字节数。
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER) (01) ( (TYPE *)0 ) 将零转型为TYPE类型指针，即TYPE类型的指针的地址是0。 (02) ((TYPE *)0)->MEMBER 访问结构中的数据成员。 (03) &( ( (TYPE *)0 )->MEMBER ) 取出数据成员的地址。由于TYPE的地址是0，这里获取到的地址就是相对MEMBER在TYPE中的偏移。 (04) (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。1.1. 实例测试代码
#include// 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]; }; void 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 = %dn", gender_offset); printf("id_offset = %dn", id_offset); printf("age_offset = %dn", age_offset); printf("name_offset = %dn", name_offset); }
简单说说"为什么id的偏移值是4，而不是1"。我的运行环境是linux系统，32位的x86架构。这就意味着cpu的数据总线宽度为32，每次能够读取4字节数据。gcc对代码进行处理的时候，是按照4字节对齐的。所以，即使gender是char(一个字节)类型，但是它仍然是4字节对齐的！
2. container_of在Linux的kernel.h文件中定义宏container_of，其功能是根据结构体（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（即地址）。问题就相当简单了：已知'整体'和该整体中'某一个部分'，要根据该部分的地址，计算出整体的地址。
#define ccontainer_of(ptr, type, member) ({
const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);
(type *)(char *)__mptr - offsetof(type, member) );})
(01) typeof( ( (type *)0)->member ) 取出member成员的变量类型。
(02) const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr) 定义变量__mptr指针，并将ptr赋值给__mptr。经过这一步，__mptr为member数据类型的常量指针，其指向ptr所指向的地址。
(04) (char *)__mptr 将__mptr转换为字节型指针。
(05) offsetof(type,member)) 就是获取"member成员"在"结构体type"中的位置偏移。
(06) (char *)__mptr - offsetof(type,member)) 就是用来获取"结构体type"的指针的起始地址（为char *型指针）。
(07) (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"。
2.1. 实例
#include#include // 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]; }; void 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= %cn", pstu->gender); printf("age= %dn", pstu->age); printf("name= %sn", pstu->name); }
3. Linux内核中双向链表实现
在内核中双向链表通过type.h和list.h两个文件实现，其中type.h给出列表头定义，list.h通过宏的方式给出列表的基本操作。
3.1. Linux中双向链表的使用思想
它是将双向链表节点嵌套在其它的结构体中；在遍历链表的时候，根据双链表节点的指针获取"它所在结构体的指针"，从而再获取数据。
我举个例子来说明，可能比较容易理解。假设存在一个社区中有很多人，每个人都有姓名和年龄。通过双向链表将人进行关联的模型图如下，person代表人，它有name和age属性。为了通过双向链表对person进行链接，我们在person中添加了list_head属性。通过list_head，我们就将person关联起来了。
struct person
{
int age;
char name[20];
struct list_head list;
};
3.2. 内核抠出列表实现
#ifndef _LIST_HEAD_H
#define _LIST_HEAD_H
// 双向链表节点
struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
};
// 初始化节点：设置name节点的前继节点和后继节点都是指向name本身。
#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }
// 定义表头(节点)：新建双向链表表头name，并设置name的前继节点和后继节点都是指向name本身。
#define LIST_HEAD(name)
struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name)
// 初始化节点：将list节点的前继节点和后继节点都是指向list本身。
static inline void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list)
{
list->next = list;
list->prev = list;
}
// 添加节点：将new插入到prev和next之间。
static inline void __list_add(struct list_head *new,
struct list_head *prev,
struct list_head *next)
{
next->prev = new;
new->next = next;
new->prev = prev;
prev->next = new;
}
// 添加new节点：将new添加到head之后，是new称为head的后继节点。
static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head)
{
__list_add(new, head, head->next);
}
// 添加new节点：将new添加到head之前，即将new添加到双链表的末尾。
static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head)
{
__list_add(new, head->prev, head);
}
// 从双链表中删除entry节点。
static inline void __list_del(struct list_head * prev, struct list_head * next)
{
next->prev = prev;
prev->next = next;
}
// 从双链表中删除entry节点。
static inline void list_del(struct list_head *entry)
{
__list_del(entry->prev, entry->next);
}
// 从双链表中删除entry节点。
static inline void __list_del_entry(struct list_head *entry)
{
__list_del(entry->prev, entry->next);
}
// 从双链表中删除entry节点，并将entry节点的前继节点和后继节点都指向entry本身。
static inline void list_del_init(struct list_head *entry)
{
__list_del_entry(entry);
INIT_LIST_HEAD(entry);
}
// 用new节点取代old节点
static inline void list_replace(struct list_head *old,
struct list_head *new)
{
new->next = old->next;
new->next->prev = new;
new->prev = old->prev;
new->prev->next = new;
}
// 双链表是否为空
static inline int list_empty(const struct list_head *head)
{
return head->next == head;
}
// 获取"MEMBER成员"在"结构体TYPE"中的位置偏移
#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) );})
// 遍历双向链表
#define list_for_each(pos, head)
for (pos = (head)->next; pos != (head); pos = pos->next)
#define list_for_each_safe(pos, n, head)
for (pos = (head)->next, n = pos->next; pos != (head);
pos = n, n = pos->next)
#define list_entry(ptr, type, member)
container_of(ptr, type, member)
#endif
3.3. 测试
#include#include #include #include "list.h" struct person { int age; char name[20]; struct list_head list; }; void main(int argc, char* argv[]) { struct person *pperson; struct person person_head; struct list_head *pos, *next; int i; // 初始化双链表的表头 INIT_LIST_HEAD(&person_head.list); // 添加节点 for (i=0; i<5; i++) { pperson = (struct person*)malloc(sizeof(struct person)); pperson->age = (i+1)*10; sprintf(pperson->name, "%d", i+1); // 将节点链接到链表的末尾 // 如果想把节点链接到链表的表头后面，则使用 list_add list_add_tail(&(pperson->list), &(person_head.list)); } // 遍历链表 printf("==== 1st iterator d-link ====n"); list_for_each(pos, &person_head.list) { pperson = list_entry(pos, struct person, list); printf("name:%-2s, age:%dn", pperson->name, pperson->age); } // 删除节点age为20的节点 printf("==== delete node(age:20) ====n"); list_for_each_safe(pos, next, &person_head.list) { pperson = list_entry(pos, struct person, list); if(pperson->age == 20) { list_del_init(pos); free(pperson); } } // 再次遍历链表 printf("==== 2nd iterator d-link ====n"); list_for_each(pos, &person_head.list) { pperson = list_entry(pos, struct person, list); printf("name:%-2s, age:%dn", pperson->name, pperson->age); } // 释放资源 list_for_each_safe(pos, next, &person_head.list) { pperson = list_entry(pos, struct person, list); list_del_init(pos); free(pperson); } }
