linux中 list_entry 设计背景及原理解析

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了linux中 list_entry 设计背景及原理解析。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

Linux 2.4.22

在这一版本中的 list_entry的宏定义实现如下:

#define list_entry(ptr, type, member) \
	((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member)))

乍一看,会觉得特别复杂,其实分析之后,会发现清晰明了:

实现背景:

linux 中 list 为了实现类似 c++ list模板的效果,即一个list可以适用于各种不同的struct。便采用类似下图的设计,使list 相当于一个绳索,可以挂载各种 struct。通过当前 list_head可以得到所挂载的struct指针,便实现了类似于模板效果。
如下实例

typedef struct page {
	struct list_head list;
	struct address_space *mapping;
	unsigned long index;
    ...
};
page = list_entry(curr, struct page, list);

linux中 list_entry 设计背景及原理解析

原理

实现通过当前 list_head得到所挂载的struct指针,便是借助于 list_entry。

#define list_entry(ptr, type, member) \
	((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member)))
  1. (unsigned long)(&((type *)0)->member) 用于算出 member 相对于 struct 的 offset。
    因为C语言中可以对地址进行强制类型转换,不管这个地址的原始类型,也不管是否合法。这里首先对地址 0 进行强制类型转换,然后取变量member的地址。因为起始地址为0,这里的member的绝对地址等价于相对地址。类似的等价实现如下:
#define offsetof(type,field)	((char *) &((type *) 0)->field - (char *) 0)
  1. ((type *)((char *)(ptr)- offset)) ptr 减去 offset 即可得到原始指针的位置。

最新实现

但是在新的C语言规范中,对地址 0 进行强转会出现未定义行为,取而代之的是适用编译器实现的__builtin_offsetof

最新的linux source code 实现如下:

#define list_entry(ptr, type, member) \
	container_of(ptr, type, member)

#define container_of(ptr, type, member) ({				\
	void *__mptr = (void *)(ptr);					\
	static_assert(__same_type(*(ptr), ((type *)0)->member) ||	\
		      __same_type(*(ptr), void),			\
		      "pointer type mismatch in container_of()");	\
	((type *)(__mptr - offsetof(type, member))); })

#define offsetof(TYPE, MEMBER)	__builtin_offsetof(TYPE, MEMBER)

可以发现在最新的linux source code 中,list_entry 计算偏移的方式变为了__builtin_offsetof。

参考:文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-455825.html

  • offsetof
  • Does &((struct name *)NULL -> b) cause undefined behaviour in C11?

到了这里,关于linux中 list_entry 设计背景及原理解析的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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