LinuxカーネルマクロContainer_Ofの詳細な説明

1. 構造体はメモリにどのように保存されますか?

int メイン() 
{ 
 
 学生スタ; 
 スタッ.id = 123456; 
 strcpy(stu.name,"feizhufeifei"); 
 stu.math = 90; 
 ステュー.PE = 80; 
 printf("生徒:%p\r\n",&stu); 
 printf("stu.ID:%p\r\n",&stu.ID); 
 printf("stu.name:%p\r\n",&stu.name); 
 printf("stu.math:%p\r\n",&stu.math); 
 0を返します。 
}

印刷結果は次のとおりです。

//構造体のアドレス Student:0xffffcbb0 
//構造体の最初のメンバーのアドレス stu.ID:0xffffcbb0 //オフセットアドレス + 0 
stu.name:0xffffcbb4//オフセットアドレス + 4 
stu.math:0xffffcbd4 //オフセットアドレス + 24

構造体のアドレスは構造体の最初のメンバーのアドレスと同じであることがわかります。これが、「車輪の再発明を拒否! Linux カーネルの一般的なリンクリストを移植して使用する方法 (完全なコード実装付き)」で、構造体の最初に struct list_head を配置する必要がある理由について説明した理由です。

よくわからない場合は、次の 2 つの例を見てください。

struct A { int a; char b; int c; char d; }; a はオフセット 0、b はオフセット 4、c はオフセット 8 (4 + 1 より大きい 4 の最小の整数倍)、d はオフセット 12 にあります。 A は配置 4 とサイズ 16 です。
struct B { int a; char b; char c; long d; }; a はオフセット 0、b はオフセット 4、c はオフセット 5、d はオフセット 8 にあります。 B の配置は 8、サイズは 16 です。

構造体のメンバー変数は実際にはメモリ内のオフセットアドレスとして格納されていることがわかります。つまり、構造体 A のアドレス + メンバー変数のオフセットアドレス = 構造体メンバー変数の開始アドレスです。

したがって、構造体変数の開始アドレスとメンバー変数のオフセットアドレスに基づいて、構造体 A のアドレスを推測することもできます。

2. container_ofマクロ

#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)); })

まず、3 つのパラメータを見てみましょう。ptr はメンバー変数へのポインタ、type は構造体の型、member はメンバー変数の名前です。

container_of マクロの機能は、構造体内のメンバー変数のアドレス、変数名、および構造体の型を通じて構造体変数のアドレスを見つけることです。ここで使用されるトリックは、コンパイラテクノロジを使用することです。これは、まず構造体内の構造体メンバーのオフセットを見つけ、次にメンバー変数のアドレスに基づいてメイン構造体変数のアドレスを見つけるというものです。以下、各部分の詳細な分析です。

3. 型

まず、変数の型を返すために使用される typeof を見てみましょう。これは GCC コンパイラの拡張機能であり、typeof はコンパイラに依存します。これは C 言語仕様では必須ではなく、標準の一部でもありません。

int メイン() 
{ 
 整数a = 5; 
 //ここでaと同じ型の変数bを定義します 
 型aはb = 6です。 
 printf("%d,%d\r\n",a,b);//5 6 
 0を返します。 
}

4. (((タイプ *)0)->メンバー)

((TYPE *)0) は、0 を type 型の構造体ポインタに変換します。言い換えると、コンパイラは構造体がプログラムセグメントの先頭 0 から始まると考えます。アドレス 0 から始まる場合、取得するメンバー変数のアドレスは、メンバー変数のオフセットアドレスと直接等しくなります。

(((type *)0)->member) は、構造体内の MEMBER メンバーを参照します。

typedef 構造体学生{ 
 整数ID; 
 文字名[30]; 
 整数数学; 
}学生; 
int メイン() 
{ 
 //ここでは、構造体が強制的にアドレス 0 に変換され、その後、name のアドレスが出力されます。 
 printf("%d\r\n",&((生徒 *)0)->名前);//4 
 0を返します。 
}

5. const typeof(((type * )0) ->member)*__mptr = (ptr);

このコードは、 typeof()を使用して構造体のmember属性の型を取得し、この型の一時ポインター変数__mptrを定義し、 ptrが指すmemberのアドレスを__mptrに割り当てることを意味します。

なぜこれを行う代わりにptrを使用しないのでしょうか? ptrとprtによって指される内容が損傷するのを避けるためだと思います。

6. offsetof(型、メンバー)

((size_t) &((TYPE*)0)->メンバー)

size_t は標準 C ライブラリで定義されており、通常 32 ビットアーキテクチャでは次のように定義されます。

typedef 符号なし int size_t;

64 ビットアーキテクチャでは次のように定義されます。

typedef 符号なし long size_t;

定義からわかるように、size_t は負でない数なので、通常はカウントに size_t が使用されます (カウントには負の領域は必要ないため)。

(size_t i=0;i<300;i++) の場合

プログラムの移植性を高めるために、カーネルは int と unsigned の代わりにsize_tを使用しますunsigned。((size_t) &((TYPE*)0)->MEMBER)前の説明と組み合わせると、この文は0アドレスを基準としたMEMBERのオフセット値を見つけることを意味していることがわかります。

7. (type * )((char * )__mptr - offsetof(type, member))

この文は、 __mptr char* 類型に変換することを意味します。 offsetofによって取得されるオフセットはバイト単位であるためです。 2 つを減算して構造体の開始位置を取得し、それを強制的にtypeに変換します。

8. 例

#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) );}) 
         
typedef 構造体 学生 
{ 
 整数ID; 
 文字名[30]; 
 整数数学; 
}学生; 
 
int メイン() 
{ 
    学生スタ; 
        学生 *sptr = NULL; 
  スタッ.id = 123456; 
  strcpy(stu.name,"zhongyi"); 
  stu.math = 90; 
        sptr = container_of(&stu.id,学生、id); 
        printf("sptr=%p\n",sptr); 
        sptr = container_of(&stu.name,生徒,名前); 
        printf("sptr=%p\n",sptr); 
        sptr = container_of(&stu.math,学生,id); 
        printf("sptr=%p\n",sptr); 
        0を返します。  
}

結果は次のとおりです。

0xffffcb90 のプロパティ
0xffffcb90 のプロパティ
0xffffcbb4 の続きを読む

マクロ展開でより明確になるかもしれない

int メイン() 
{ 
    学生スタ; 
        学生 *sptr = NULL; 
  スタッ.id = 123456; 
  strcpy(stu.name,"zhongyi"); 
  stu.math = 90; 
  //展開して置換 sptr = ({ const unsigned char *__mptr = (&stu.id); (Student *)( (char *)__mptr - ((size_t) &((Student *)0)->id) );}); 
        printf("sptr=%p\n",sptr); 
        //展開して置換 sptr = ({ const unsigned char *__mptr = (&stu.name); (Student *)( (char *)__mptr - ((size_t) &((Student *)0)->name) );}); 
        printf("sptr=%p\n",sptr); 
        //展開して置換 sptr = ({ const unsigned int *__mptr = (&stu.math); (Student *)( (char *)__mptr - ((size_t) &((Student *)0)->math) );}); 
        printf("sptr=%p\n",sptr); 
        0を返します。  
}

LinuxカーネルのContainer_Ofマクロの詳細説明はこれで終了です。LinuxカーネルのContainer_Ofマクロの詳細については、123WORDPRESS.COMの過去の記事を検索するか、以下の関連記事を引き続き閲覧してください。今後とも123WORDPRESS.COMをよろしくお願いいたします。

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