问题简介
最近在看开源 OCF 源码的时候，发现了一个 C 语言宏定义的常见使用技巧。从初见的不解，到了解之后的惊叹，不得不感叹于底层开发人员关于性能的极致追求！
在编程开发中，经常需要进行变量之间的类型转换操作。一个类A中存在类型为 B 的成员变量。现在我拥有一个类型为 B 的变量 v1，我需要得到一个类型为 A 的变量 v2，同时 v2->B 就为 变量 v1。
方法一
一般来说，对于此类问题，熟悉 C++ 的初学者会考虑采用以下的方法实现：
// 用宏定义实现此功能！
#define CONVERT_B_TO_A(v1) A(v1)class B {// B 类的定义
};
class A {
public:B b;A(const B& b_val) : b(b_val) {}
};
int main() {B v1;A v2 = CONVERT_B_TO_A(v1); // 使用宏进行转换return 0;
}但是这种方法需要使用到 c++ 的构造函数，同时会产生额外的内存拷贝。
方法二
类似的，c 语言也可以采用这种方法实现，只需要模拟实现 c++ 中的构造函数即可。
代码如下：
// 假设 B 是一个简单的结构体
typedef struct {int value;
} B;
// 结构体 A 包含一个 B 类型的成员
typedef struct {int other_member;B b;
} A;
// 宏定义：将 B 类型的变量 v1 转换为 A 类型的变量 v2
#define CONVERT_B_TO_A(v1) \({ \A temp; \memset(&temp, 0, sizeof(A)); \temp.b = v1; \temp; \})
int main() {B v1 = {42}; // 初始化 B 类型的变量 v1A v2 = CONVERT_B_TO_A(v1); // 使用宏将 v1 转换为 A 类型的变量 v2printf("v2.b.value = %d\n", v2.b.value); // 输出: v2.b.value = 42return 0;
}c 语言的写法稍显繁琐，但是本质上和 c++ 完全相同。并且通过 c 语言的写法，我们能够更容易得发现这种方法的弊端，在宏定义中进行了一次多余的内存拷贝操作。
方法三
在底层开发中，这种功能性的宏定义会被调用得非常频繁，因此系统开发者们会追求极致的性能，性能最优的代码如下：
#define container_of(ptr, type, member) ({ \const typeof(((type *)0)->member)*__mptr = (ptr); \(type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); })解析如下：
const typeof(((type *)0)->member)*__mptr = (ptr);
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((type *)0)：-
将
0强制转换为type*类型的指针。这里0是一个空指针，表示一个假设的type结构体的起始地址。 -
这种写法不会真正访问内存，只是为了在编译时获取类型信息。
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((type *)0)->member：-
访问假设的
type结构体中的member成员。 -
例如，如果
type是A，member是b，那么((A *)0)->b就是B类型的成员。
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typeof(((type *)0)->member)：-
使用
typeof关键字获取member成员的类型。 -
例如，如果
member是B类型，那么typeof(((A *)0)->b)就是B。
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const typeof(((type *)0)->member)*__mptr = (ptr);：-
定义一个指向
member类型的指针__mptr，并将其初始化为传入的ptr。 -
这里使用
const是为了防止意外修改__mptr指向的内容。 -
例如，如果
ptr是B*类型，那么__mptr也是B*类型。
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2. (type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member));
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offsetof(type, member)：-
使用
offsetof宏计算member在type结构体中的偏移量。 -
offsetof的实现通常是编译器内置的，它会返回member相对于结构体起始地址的字节偏移量。 -
例如，如果
member是b，且b在A结构体中的偏移量是 4 字节，那么offsetof(A, b)返回4。
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(char *)__mptr：-
将
__mptr强制转换为char*类型。char*是一个字节指针，方便进行指针算术运算。 -
因为指针算术的单位是指针指向的类型的大小，而
char的大小是 1 字节，所以将指针转换为char*后，加减操作的单位就是字节。
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(char *)__mptr - offsetof(type, member)：-
将
__mptr的地址减去member在结构体中的偏移量，得到结构体的起始地址。 -
例如，如果
__mptr指向b，且b的偏移量是 4 字节，那么(char *)__mptr - 4就是A结构体的起始地址。
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(type *)：-
将计算出的地址强制转换为
type*类型，即结构体的指针。 -
例如，如果
type是A，那么最终返回的就是A*类型的指针。
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总结
container_of 宏的原理可以概括为以下几步：
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通过
typeof获取成员的类型，并定义一个临时指针__mptr指向传入的成员指针。 -
使用
offsetof计算成员在结构体中的偏移量。 -
将成员指针转换为
char*类型，减去偏移量，得到结构体的起始地址。 -
将起始地址强制转换为结构体指针类型。
container_of 可以使用直接通过指针运算获取结构体地址，无需额外的内存拷贝。适用于任何结构体和成员类型。
