Linux C: container_of()和offsetof()函数与结构体成员的偏移量计算
就内核的container_of()函数，发表一下个人见解。
在内核中，多处地方用到container_of()这个函数(如内核链表)，
其定义在内核代码 include/linux/kernel.h中：
/**
* 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) );})
作用---根据结构体成员member的地址ptr，求出结构体type的起始地址。
它是如何实现的呢？下面一步一步来拆解。
下面一步一步来拆解。
一、offsetof()函数
其中的offsetof()函数，在include/linux/stddef.h中，定义如下：
#undef offsetof
#ifdef __compiler_offsetof
#define offsetof(TYPE,MEMBER) __compiler_offsetof(TYPE,MEMBER)
#else
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
#endif
#endif /* __KERNEL__ */
只需看这行：
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
这是一个宏函数，其作用---求成员MEMBER在结构体TYPE中的偏移。
(TYPE *)0这种奇葩写法是什么意思呢？
如有以下结构体：
struct demo
{
char c;
short s;
int i;
};
其中各成员的对齐方式如下：(有疑问者请自行了解结构体字节对齐规则)
char - 1字节对齐；short - 2字节对齐；int - 4字节对齐；
结构体在内存中地址图示（p为结构体的首地址）
由图可知：某成员相对结构体的偏移=该成员地址-结构体首地址，例：偏移量(s) = 地址(s) - p
由此，想象将该结构体整体移到0地址处呢？
那么p=0，成员偏移量=成员的址址，问题秒简化。
如何将结构体整体移至0地址处？--- 将0地址进行类型强转换，即(struct demo *)0，这样是虚拟0地址处有struct demo结构体，只可读而不可写，因为C语言是允许在任何地址进行任何类型转换，读动作是没问题的，而写动作责要谨慎且后果自负。
由上，成员s的偏移量=s的地址：&((struct demo *)0)->s，再将其强转化为size_t类型：
(size_t)&((struct demo *)0)->s;这样，是不是就跟offsetof()这个宏函数一样了。
二、container_of()函数
1、逻辑图示
container_of(ptr, type, member)函数的作用：由结构体成员member的地址ptr，求出结构体type的起始地址。
其参数：
* @ptr: 指向成员member的指针(或member的址址)
* @type: 包含成员member的结构体类型
* @member: 成员的名字
由图示更好理解：
container_of()函数所实现的就是求出图中的“?”，即结构体的起始地址。
已知成员member的地址ptr，求结构体的首地址，只需知道ptr与结构体首地址的偏移量，而这恰恰就是offsetof()宏函数了。
那么，结构体的首地址 = ptr - offsetof(type,member) ，加上类型转换等优化，变成：
(type *)(ptr - offsetof(type,member) );就这样，收工？
2、优化/学习/严谨
与container_of()原定义有点出入，其多出一行：
const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);typeof()函数：获取变量(member)的类型；
这行的意思：定义一个与member同类型的指针__mptr指向ptr，后面用__mptr而不直接用ptr了。
这行好像是多此一举，并无大用？？？
原因看这里：若container_of()的参数ptr有误，即ptr与member的类型不匹配，编译时便会提示warnning信息，以引起注意；若无此语句，便无warning引起注意，后果可大可小！！！这便是编程的严谨性体现之处了。
3、宏定义小知识
注意到container_of()宏函数的外围是用({ })双括号包起来的，这有什么用呢？
首先，要明白宏定义只是在预处理阶段作简单的文本替换。
()小括号：
()的运算优先级高，能将此宏包起来作为一个整体而不被拆分，以免造成意料之外的影响。一般宏定义含多级运算或多表达式等都建议用()包起来。
{}大/花括号：
其作用较复杂，（个人观点，欢迎纠正）
1、语法要求：假如去掉{}，调用container_of()则变成：
(
const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);
(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );
)细数()是否成对出现，发现一对()会被“ ; ”隔断，犹如：( foo(); ) 这样，语法上是不允许一对()被“ ; ”隔断的。加上{}则表示这应当成一个整体(复合语句)。
2、复合语句：{}将多个语句包起来，在程序中应看作为一条语句执行，且以最后一条语句的执行结果作为其值，可用于赋值。
3、限定作用域：{}里面定义的变量只在{}中有效，若无{}且多次调用该宏，则会导致变量被重复定义。
4、形式作用：宏函数最好要有函数的样子，就是用{}包起来表示，使更像函数。
三、结构体偏移量的应用
结构体中的偏移量相关应用，
1、某成员在结构体中的相对偏移：参考offsetof()函数，巧用0地址指针，如(size_t)&((struct demo *)0)->s，访问某成员时可避免写死相对偏移量，便于修改/维护/移植等。
2、知道结构体某成员的地址，想要得到结构体的首地址：参考container_of()，如内核链表中就有应用。
希望此博文能对你有积极影响，水平有限，欢迎指点。