Linux内核之Binder驱动container_of进阶用法(三十四)

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1.前言

本篇目的：Linux内核之Binder驱动container_of进阶用法

2.Linux内核container_of介绍

container_of 是Linux内核中常用的一种宏，用于从包含在结构体中的成员变量的指针，反推出该结构体本身的指针。这种技术在内核编程中非常重要，尤其是在驱动开发、内核模块编写等场景下，它使得我们能够灵活地访问结构体中的其他成员变量，即使我们手中只有结构体中一个成员的指针。
在Linux内核中，结构体和指针的使用非常频繁，而container_of宏就是处理结构体和指针之间关系的利器。其定义通常可以在内核源码的include/linux/kernel.h文件中找到，其基本形式如下：

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

这里，ptr是结构体type中member成员的指针，type是结构体的类型，而member是type类型中的一个成员。container_of宏首先通过typeof获取member的类型，然后通过offsetof宏计算member在type中的偏移量，最后通过指针算术将ptr调整回type的起始地址。
offsetof宏通常也是内核提供的一个宏，用于计算结构体成员在结构体中的偏移量。其实现方式也很有趣，它利用了结构体成员的地址总是结构体首地址加上某个偏移量的原理。
container_of宏的一个典型应用场景是在链表操作中。Linux内核中广泛使用链表来组织数据结构，而链表节点通常是嵌入在用户自定义的结构体中的。当我们遍历链表时，通常只能获得链表节点的指针，而container_of宏可以帮助我们轻松地从链表节点指针得到包含该节点的用户结构体指针。
例如，假设我们有一个struct my_struct类型的结构体，其中包含一个struct list_head类型的链表节点：

struct my_struct {int data;struct list_head list;
};
struct list_head {struct list_head *next, *prev;
};

如果我们有一个指向list_head的指针list_ptr，我们可以使用container_of宏来获取指向my_struct的指针：

struct my_struct *my_ptr = container_of(list_ptr, struct my_struct, list);

这样，我们就可以方便地访问my_struct中的其他成员变量了。
container_of宏是Linux内核中一种巧妙的设计，它充分利用了C语言中指针和结构体的特性，提供了一种简洁而有效的方式来处理复杂的结构体关系。这种宏的运用，大大提高了内核代码的灵活性和可维护性，是Linux内核编程中的一颗璀璨明珠。

3.代码实例

<1>.v1.0版本

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <stddef.h> //offsetof头文件.//v1.0 C++版本.
#define container_of(ptr, type, member) ({                      \const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);	\(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
/*
ptr：表示结构体中成员变量（member）的地址。
type：表示结构体类型。
member：表示结构体中成员变量member。
返回值：返回结构体的首地址。
*/struct binder_object_header {int type;
};struct flat_binder_object {struct binder_object_header  boh;int pad_flags;char*		cookie;
};struct binder_object {int bo;union {struct binder_object_header boh;struct flat_binder_object fbo;};
};int main(void){struct binder_object_header *boh1;struct flat_binder_object *fbo = nullptr;struct binder_object object;object.bo = 101;boh1 = &(object.boh);printf("xxx---------------> object = %p\n",reinterpret_cast<void*>(&object));printf("xxx---------------> fbo = %p\n",reinterpret_cast<void*>(fbo));//v1.0 通过binder_object_header拿到flat_binder_object的地址.fbo = container_of(boh1, struct flat_binder_object, boh);//fbo = container_of(&(object.boh), struct flat_binder_object, boh);printf("xxx---------------> fbo = %p\n",reinterpret_cast<void*>(fbo));//v2.0 通过binder_object_header拿到binder_object的地址.struct binder_object *bo_ret;bo_ret = container_of(boh1 ,struct binder_object, boh);printf("xxx---------------> bo_ret = %p\n",reinterpret_cast<void*>(bo_ret));printf("xxx--------------->%s, %s(), line = %d, bo = %d\n",__FILE__,__FUNCTION__,__LINE__,bo_ret->bo);return 0;
}

打印：

xxx---------------> object = 0x7ffdcdc3e0b0
xxx---------------> fbo = (nil)
xxx---------------> fbo = 0x7ffdcdc3e0b8
xxx---------------> bo_ret = 0x7ffdcdc3e0b0
xxx---------------> bo = 101

<2>.v2.0 简化版本

/***********************************************************
* Author        : 公众号: Android系统攻城狮
* Create time   : 2024-03-29 12:39:52 星期五
* Filename      : container_of_03.cpp
* Description   :
************************************************************/
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <stddef.h> //offsetof头文件.//v1.0 C++版本.
#define container_of(ptr, type, member) ({                      \const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);	\(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
/*
ptr：表示结构体中成员变量（member）的地址。
type：表示结构体类型。
member：表示结构体中成员变量member。
返回值：返回结构体的首地址。
*/struct HEADER {int type;
};struct FLAT {struct HEADER  header;int pad_flags;
};struct OBJECT {int bo;union {struct HEADER obj_header;struct FLAT flat;};
};int main(void){struct FLAT *flat1 = nullptr;struct OBJECT object;object.bo = 101;printf("xxx----已分配地址:-----------> OBJECT_addr = %p\n",reinterpret_cast<void*>(&object));printf("xxx---container_of前------------> flat1_addr = %p\n",reinterpret_cast<void*>(flat1));//v1.0 通过HEADER拿到在OBJECT结构体中,已经实例化的FLAT结构体的地址.flat1 = container_of(&(object.obj_header), struct FLAT, header);printf("xxx---container_of后-----------> flat1 = %p\n",reinterpret_cast<void*>(flat1));//v2.0 通过HEADER拿到OBJECT结构体的地址.struct OBJECT *object_ret;object_ret = container_of(&(object.obj_header) ,struct OBJECT, obj_header);printf("xxx----container_of后-----------> object_ret = %p\n",reinterpret_cast<void*>(object_ret));printf("xxx---------------> object_ret->bo = %d\n",object_ret->bo);return 0;
}