C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊和offsetof宏、container-創(chuàng)新互聯(lián)

1.結(jié)構(gòu)體變量中的元素如何訪問(wèn)

(1)數(shù)組中元素的訪問(wèn)方式：表面上有2種方式（數(shù)組下標(biāo)方式和指針?lè)绞剑?；?shí)質(zhì)上都是指針?lè)绞皆L問(wèn)。
(2)結(jié)構(gòu)體變量中的元素訪問(wèn)方式：只有一種，用.或者->的方式來(lái)訪問(wèn)。
（C語(yǔ)言規(guī)定用結(jié)構(gòu)體變量來(lái)訪問(wèn)元素用. 用結(jié)構(gòu)體變量的指針來(lái)訪問(wèn)元素用->。）

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總結(jié)下：結(jié)構(gòu)體對(duì)齊的分析要點(diǎn)和關(guān)鍵：
1、結(jié)構(gòu)體對(duì)齊要考慮：結(jié)構(gòu)體整體本身必須安置在4字節(jié)對(duì)齊處，結(jié)構(gòu)體對(duì)齊后的大小必須4的倍數(shù)（編譯器設(shè)置為4字節(jié)對(duì)齊時(shí)，如果編譯器設(shè)置為8字節(jié)對(duì)齊，則這里的4是8）
2、結(jié)構(gòu)體中每個(gè)元素本身都必須對(duì)其存放，而每個(gè)元素本身都有自己的對(duì)齊規(guī)則。
3、編譯器考慮結(jié)構(gòu)體存放時(shí)，以滿足以上2點(diǎn)要求的最少內(nèi)存需要的排布來(lái)算。

gcc支持但不推薦的對(duì)齊指令：#pragma pack() #pragma pack(n) (n=1/2/4/8)

我們需要#prgama pack(n)開(kāi)頭，以#pragma pack()結(jié)尾，定義一個(gè)區(qū)間，這個(gè)區(qū)間內(nèi)的對(duì)齊參數(shù)就是n。

#pragma pack(1)
struct mystruct
{short d;
	int b;
	char a;
};
#pragma pack()

gcc推薦的對(duì)齊指令__attribute__((packed)) attribute((aligned(n)))

(1)__attribute__((packed))使用時(shí)直接放在要進(jìn)行內(nèi)存對(duì)齊的類型定義的后面，然后它起作用的范圍只有加了這個(gè)東西的這一個(gè)類型。packed的作用就是取消對(duì)齊訪問(wèn)。

struct mystruct
{short d;
	int b;
	char a;
}__attribute__((packed));

(2)__attribute__((aligned(n)))使用時(shí)直接放在要進(jìn)行內(nèi)存對(duì)齊的類型定義的后面，然后它起作用的范圍只有加了這個(gè)東西的這一個(gè)類型。它的作用是讓整個(gè)結(jié)構(gòu)體變量整體進(jìn)行n字節(jié)對(duì)齊（注意是結(jié)構(gòu)體變量整體n字節(jié)對(duì)齊，而不是結(jié)構(gòu)體內(nèi)各元素也要n字節(jié)對(duì)齊）

struct mystruct
{short d;
	int b;
	char a;
}__attribute__((aligned(16)));

參考閱讀blog：
結(jié)構(gòu)體字節(jié)對(duì)齊參考博客

GCC___attribute__關(guān)鍵字和字節(jié)對(duì)齊

3.offsetof宏

(1)offsetof宏的作用是：用宏來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)體中某個(gè)元素和結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量（其實(shí)質(zhì)是通過(guò)編譯器來(lái)幫我們計(jì)算）。
(2)offsetof宏的原理：我們虛擬一個(gè)type類型結(jié)構(gòu)體變量，然后用type.member的方式來(lái)訪問(wèn)那個(gè)member元素，繼而得到member相對(duì)于整個(gè)變量首地址的偏移量。

// TYPE是結(jié)構(gòu)體類型，MEMBER是結(jié)構(gòu)體中一個(gè)元素的元素名
// 這個(gè)宏返回的是member元素相對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的首地址的偏移量，類型是int
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((int) &((TYPE *)0)->MEMBER)

(TYPE *)0這是一個(gè)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，把0地址強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換成一個(gè)指針，這個(gè)指針指向一個(gè)TYPE類型的結(jié)構(gòu)體變量。 （實(shí)際上這個(gè)結(jié)構(gòu)體變量可能不存在，但是只要我不去解引用這個(gè)指針就不會(huì)出錯(cuò)）。
((TYPE *)0)->MEMBER (TYPE *)0是一個(gè)TYPE類型結(jié)構(gòu)體變量的指針，通過(guò)指針指針來(lái)訪問(wèn)這個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的member元素

&((TYPE *)0)->MEMBER等效于&(((TYPE *)0)->MEMBER)，意義就是得到member元素的地址。但是因?yàn)檎麄€(gè)結(jié)構(gòu)體變量的首地址是0，

4.container_of宏

// TYPE是結(jié)構(gòu)體類型，MEMBER是結(jié)構(gòu)體中一個(gè)元素的元素名
// 這個(gè)宏返回的是member元素相對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的首地址的偏移量，類型是int
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((int) &((TYPE *)0)->MEMBER)

// ptr是指向結(jié)構(gòu)體元素member的指針，type是結(jié)構(gòu)體類型，member是結(jié)構(gòu)體中一個(gè)元素的元素名
// 這個(gè)宏返回的就是指向整個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的指針，類型是(type *)
#define container_of(ptr, type, member) ({	\
	const typeof(((type *)0)->member) * __mptr = (ptr);	\
	(type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); })

(1)作用：知道一個(gè)結(jié)構(gòu)體中某個(gè)元素的指針，反推這個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的指針。有了container_of宏，我們可以從一個(gè)元素的指針得到整個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的指針，繼而得到結(jié)構(gòu)體中其他元素的指針。
(2)typeof關(guān)鍵字的作用是：typepef(a)時(shí)由變量a得到a的類型，typeof就是由變量名得到變量數(shù)據(jù)類型的。
(3)這個(gè)宏的工作原理：先用typeof得到member元素的類型定義成一個(gè)指針，然后用這個(gè)指針減去該元素相對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的偏移量（偏移量用offsetof宏得到的），減去之后得到的就是整個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的首地址了，再把這個(gè)地址強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為type *即可。

struct mystruct
{short d;
	int b;
	char a;
};

int main(void)
{struct mystruct s1;
	struct mystruct *ps = NULL;
	int *p = &(s1.a);
	
	printf("s1 = %p.\n", &s1);
	
	ps = container_of(p, struct mystruct, a);
	
	printf("ps = %p.\n", ps);
	
	return 0;
}

知道一個(gè)結(jié)構(gòu)體中a元素的指針，反推這個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的指針。
結(jié)果為：
s1 = 0x7ffd8cd5d2fc. ps = 0x7ffd8cd5d2fc.

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