offsetof和container_of两个内核中的宏

1、前言

　　很早之前就接触到这两个宏，只是觉得功能很强大，最近在内核漏洞利用中又看到这两个宏被使用，觉得有必要对内核中经典的算法，结构等mark一下。offsetof是用来判断结构体中成员的偏移位置，container_of宏用来根据成员的地址来获取结构体的地址。两个宏设计的很巧妙，值得学习。linux内核中有着两个宏的定义，并在链表结构中得到应用。不得不提一下linux内核中的链表，设计的如此之妙，只需要两个指针就搞定了。后续认真研究一下这个链表结构。

2、offsetof宏

　　使用offsetof宏需要包含stddef.h头文件，实例可以参考：http://www.cplusplus.com/reference/cstddef/offsetof/。

      offsetof宏的定义如下：

#define offsetof(type, member) (size_t)&(((type*)0)->member)

　　巧妙之处在于将地址0强制转换为type类型的指针，从而定位到member在结构体中偏移位置。编译器认为0是一个有效的地址，从而认为0是type指针的起始地址。

3、container_of宏

　　使用container_of宏需要包含linux/kernel.h头文件，container_of宏的定义如下所示：

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

container_of宏分为两部分，

第一部分：const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);

通过typeof定义一个member指针类型的指针变量__mptr，（即__mptr是指向member类型的指针），并将__mptr赋值为ptr。

第二部分： (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) )，通过offsetof宏计算出member在type中的偏移，然后用member的实际地址__mptr减去偏移，得到type的起始地址，即指向type类型的指针。

第一部分的目的是为了将统一转换为member类型指针。

4、测试程序

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 
 4 #define NAME_STR_LEN  32
 5 
 6 #define offsetof(type, member) (size_t)&(((type*)0)->member)
 7 
 8 #define container_of(ptr, type, member) ({ \
 9         const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); \ 10         (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );}) 11 
12 typedef struct student_info 13 { 14     int id; 15     char name[NAME_STR_LEN]; 16     int age; 17 }student_info; 18 
19 
20 int main() 21 { 22     size_t off_set = 0; 23     off_set = offsetof(student_info, id); 24     printf("id offset: %u\n",off_set); 25     off_set = offsetof(student_info, name); 26     printf("name offset: %u\n",off_set); 27     off_set = offsetof(student_info, age); 28     printf("age offset: %u\n",off_set); 29     student_info *stu = (student_info *)malloc(sizeof(student_info)); 30     stu->age = 10; 31     student_info *ptr = container_of(&(stu->age), student_info, age); 32     printf("age:%d\n", ptr->age); 33     printf("stu address:%p\n", stu); 34     printf("ptr address:%p\n", ptr); 35     return 0; 36 }

测试结果：