container_of 解析

在学习Linux驱动的过程中，遇到一个宏叫做container_of。
该宏定义在include/linux/kernel.h中，首先来贴 出它的代码：

/**
* 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) );})

它的作用显而易见，那就是根据一个结构体变量中的一个域成员变量的指针来获取指向 整个结构体变量的指针。比如，有一个结构体变量，其定义如下：

struct demo_struct {
           type1 member1;
           type2 member2;
           type3 member3;
           type4 member4;
};     
struct demo_struct demo;
同时，在另一个地方，获得了变量demo中的某一个域成员变量的指针，比如：
      type3  *memp = get_member_pointer_from_somewhere();
此时，如果需要获取指向整个结构体变 量的指针，而不仅仅只是其某一个域成员变量的指针，我们就可以这么做：
     struct demo_struct *demop = container_of(memp, struct demo_struct, member3);
这样，我们就通过一个结构体变量的一个域成 员变量的指针获得了整个结构体变量的指针。
下面说一说我对于这个container_of的实现的理解：
首先，我们将 container_of(memp, struct demo_struct, type3)根据宏的定义进行展开如下：
      struct demo_struct *demop = ({                      \
         const typeof( ((struct demo_struct *)0)->member3 ) *__mptr = (memp);    \
         (struct demo_struct *)( (char *)__mptr - offsetof(struct demo_struct, member3) );})
其中，typeof是GNU C对标准C的扩展，它的作用是根据变量获取变量的类型。因此，上述代码中的第2行的作用是首先使用typeof获取结构体域变量member3的类型为 type3，然后定义了一个type3指针类型的临时变量__mptr，并将实际结构体变量中的域变量的指针memp的值赋给临时变量__mptr。

(char *)__mptr转换为字节型指针。(char *)__mptr - offsetof(type,member) )用来求出结构体起始地址（为char *型指针），然后(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) )在(type *)作用下进行将字节型的结构体起始指针转换为type *型的结构体起始指针。

假 设结构体变量demo在实际内存中的位置如下图所示：
     demo
+-------------+ 0xA000
|   member1   |
+-------------+ 0xA004
|   member2   |
+-------------+ 0xA010
|   member3   |
+-------------+ 0xA018
|   member4   |
+-------------+

则，在执行了上述代码的第2行之后__mptr的值即为0xA010。
再看上述代 码的第3行，其中需要说明的是offsetof，它定义在include/linux/stddef.h中，其定义如下：
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
先分析一下这个 宏的运行机理：
一共4步
1. ( (TYPE *)0 ) 将零转型为TYPE类型指针;
2. ((TYPE *)0)->MEMBER 访问结构中的数据成员;
3. &( ( (TYPE *)0 )->MEMBER )取出数据成员的地址;
4.(size_t)(&(((TYPE*)0)->MEMBER))结果转换类型。巧妙之处在于将0转 换成(TYPE*)，结构以内存空间首地址0作为起始地址，则成员地址自然为偏移地址；
同样，我们将上述的offsetof调用展开，即为：
(struct demo_struct *)( (char *)__mptr - ((size_t) &((struct demo_struct *)0)->member3) );
可见，offsetof的实现原理如上所述，就是取结构体中的域成员相对于地址0的偏移地址，也就是域 成员变量相对于结构体变量首地址的偏移。
因此，offsetof(struct demo_struct, member3)调用返回的值就是member3相对于demo变量的偏移。结合上述给出的变量地址分布图可知，offsetof(struct demo_struct, member3)将返回0x10。
于是，由上述分析可知，此 时，__mptr==0xA010，offsetof(struct demo_struct, member3)==0x10。
因此， (char *)__mptr - ((size_t) &((struct demo_struct *)0)->member3) == 0xA010 - 0x10 == 0xA000，也就是结构体变量demo的首地址（如上图所示）。
这就是从结构体某成员变量指针来求出 该结构体的首指针。指针类型从结构体某成员变量类型转换为该结构体类型。
由此，container_of实现了根据一个结构体变量中的一个域成员 变量的指针来获取指向整个结构体变量的指针的功能。

以上内容载自网络，这篇文章分析的很透彻，顺便说一下，宋宝华的《linux设备驱动 开发详解》P132 最后一行当中对该宏的参数解释是错误的！当然了，暇不掩瑜！
以下是我自己的一些理解：
首先，我定义了一个字符设备结 构体
struct    globalmem_dev
{
    struct cdev   my_cdev;            //字符设备之基础结构体
    unsigned char mem[GLOBALMEM_SIZE];   
    struct semaphore sem;/
};
接下来我实例化了一个该设备的指针对象
struct globalmem_dev    *pdev;

后来在open函数中我是这么来用的
int globalmem_open(struct inode *inode, struct file *filp)关于filp的产生和消亡参见《驱动详解》P92
{                                  
    struct globalmem_dev *pdev;   
    printk("\nFunction globalmem_open Invoked\n");   
    pdev = container_of(inode->i_cdev,  struct   globalmem_dev,  my_cdev);
    filp->private_da
ta = pdev;   
    if(down_trylock(&pdev->sem))//获得信号量，  真的我爱  container_of!!!!  我爱死container_of 了！！！
        return -EBUSY;    
    return 0;
}
对 以上用法的说明：
参数3是参数2这个结构体的一个成员的名字！而不是类型名！参数1是一个指针，它指向参数3这个成员
inode中的i_cdev字段是一个指针，当我们成功insmod了一个设备驱动的时候，我们会通过mknod创建一个设备文件节点并和具体设备 （驱动）想关联，这个设备文件节点所对应的就是struct inode结构体的一个实例，这个结构体有一个字段i_cdev，是个struct   cdev类型的指针，它会指向设备结构体的my_cdev字段。至此你已经有了一个指向某个 globalmem_dev的my_cdev字段的一个指针（在调用open前pdev的内存分配假定已经完成）由此container_of可以帮你计 算出指向该设备结构体的指针。
当一个设备驱动对应多个设备（子设备）时，你就知道container_of发挥的作用了！当你针对每一个设备调用open时，因为每个设备对应的设备文 件节点不一样，那么根据该节点的i_cdev字段所计算的设备结构体指针也不一样，你就可以找到特定节点所对应的设备结构体！而不至于对不同的子设备编写 大同小异的各自的设备驱动。