标签：生成 list 64位 define 个数 组成 需要 char* fine
这里以双向循环链表为例。一般定义的链表结构，如整数的链表，会用到如下结构：
struct list_int {
int n;
struct list_int* next;
struct list_int* prev;
};
那么这里会有一个很明显的缺点，如果把int换成别的数据类型，又想定义一个类似的链表，那么又得定义另一个list_xxx结构，然后把各种链表操作再重写一遍。
实际上，这个问题有一个解决方法，在《Linux内核设计与实现》这本书上有它的描述。不过呢，既然是我亲自写的文章，我就不引用这本书上的东西了，我亲自讲一遍。
定义如下结构：
struct list_t {
struct list_t* next;
struct list_t* prev;
};
注意到在这个结构中并没有那个int类型的数据。那么定义一个int链表的时候应该怎么定义呢？答案是按如下结构。
struct list_int {
struct list_t list;
int n;
};
于是，在链表中，每一个list_int结构就被连接起来了。插入、删除等操作与普通的链表是相同的，这些都很容易。
举个例子，已知一个list_int结构数据，它的地址是x。我想访问它的下一项，我需要用到像x -> list . next这样的代码。乍一看，这样好像只能访问到下一项的list的地址，可是我要的是整个下一项的地址啊？在这个情景下，其实很好办。不过这个需要从内存布局说起。
来说说数据结构在内存中的布局，假设是32位计算机，内存地址p处开始，存了一个list_int类型的数据。在p处开始，首先是一个完整的list_t结构，它包含两个地址：next和prev，每个占4字节（因为是32位系统，32位=4字节），总共8字节，也就是一个list_t结构占8字节。之后则是int数据，占4字节。所以整个list_int结构占12个字节，最前面4字节是next指针，之后4字节是prev指针，最后4字节是int数据n。
x -> list . next这个语句得到的是什么呢，是x的下一项的list_t结构的地址，就是next和prev组成的结构，它位于整个list_int结构的最前面，所以x -> list . next就已经得到了x的下一项的其实地址了！这个地址是整个list_int结构的地址，也是其中的list_t结构的地址，同时还是其中的next指针的地址。在C语言中，用一个强制类型转换就可以把list_t指针转化成list_int指针，虽然看起来好像多了一步类型转换，但是在最终生成的汇编语言代码中，这一步并没有开销，毕竟值都没变。
上一个例子中，之所以能如此方便地由“下一项”中某个成员的地址直接得到“下一项”的地址，本质上是因为这个成员位于开头，导致这个成员的地址等于整个结构的地址。那么是不是任何时候都能让这个成员位于整个结构的开头呢？这个真不一定。甚至有时候，一个结构会同时位于两个链表中，例如可能有如下结构：
struct list_int {
struct list_t list1;
struct list_t list2;
int n;
};
那么这两个list结构就不可能同时位于开头了，这里的list2就不在开头了。那我通过2号链表找x的下一项的时候，x -> list2 . next就不能直接得到下一项的地址了。那么这时候得再研究一下内存布局的问题。
现在一个list_int占20个字节了，从前往后依次是4字节的list1 . next、4字节的list1 . prev、4字节的list2 . next、4字节的list2 . prev、4字节的n。如果整个list_int结构的其实地址是p的话，这些成员的地址分别是p、p+4、p+8、p+12、p+16，并且list1的地址是p，list2的地址是p+8。
x -> list2 . next得到的，其实不就是这个“p+8”吗？想得到list_int，把它减去8就可以了。然后再来一个无开销的强制类型转换就可以了。
不过在C语言里有一点要注意，例如我得到了某一项的list2的地址是q，那我想得到这一项的起始地址，我写(struct list_int*) (q - 8)，那就大错特错了，因为q是一个list_t类型的地址，而一个list_t地址占8字节，你写了一个q-8，实际上它给你减了多少呢，给你减了64。看起来写q-1就完美了？那也仅限这个情景下。正确的做法是，先把q进行一个强制类型转换，成为某单字节类型的指针，例如char。所以正确的写法是(struct list_int*) ((char*) x - 8)。
不过问题还是没有完全解决。这样写的话，每次使用都要亲自判断这个成员到底在第几个字节的位置，这肯定不能接受。其实，完全可以把这个任务交给编译器。
按上面的例子，我想知道list2的地址相对整个list_int结构的地址在哪里。考虑这么一句：(struct list_int*) 0。没错，把0转化成list_int型的地址了。再看看((struct list_int*) 0) -> list2，一看就知道，非法访问，直接就会报错的语句。但是如果改一下，改成&(((struct list_int*) 0) -> list2)，就是外面加了一层括号，前面加了一个取地址符。这个语句是不会报错的，因为这里只算了一下这个地址是多少，并没有真的用这个地址去访问内存。这个地址其实是很有意义的，容易看出，它就是我们要的，list2相对整个list_int结构的地址，这是因为一个假想的整个list_int的起始地址位于0，这个结构里面的list2自然就位于地址8了。
所以，我们可以写一个宏：#define OFFSET(type, member) (&(((type*) 0) -> member))。不，这么写是错的，检查一下后面的整个语句，它是什么类型的？它是一个地址，对谁取的地址？对member取的。放到我们的例子里就是对list2取的地址，而list2是list_t类型的，因此实际得到的是一个list_t型地址，可是我们要的是一个数，表示这个成员到底比整个结构的起始地址靠后几个字节，因为我们最终是要用一个地址和这个数做减法的。所以外面还需要一次强制类型转换，把它转化成unsigned int型（因为是32位系统，地址可以用unsigned int表示，如果是64位就要转化成long long类型。不过貌似有一个标准库定义了一个size_t类型可以做到在32位系统下占4字节在64位系统下占8字节），于是这个宏应该是这样的：#define OFFSET(type, member) ((unsigned) (&(((type*) 0) -> member)))（唉，括号真多。。。），想知道list2相对整个list_int的地址，调用OFFSET(struct list_int, list2)就可以了，之后怎么访问，上面已经说过了。或者也可以再写一个宏来做剩下的。
最后，简单地讨论一下性能问题，看起来用x -> list2 . next之后还得做一次加法才能得到整个list_int的地址，所以比传统的链表性能有所下降？做这种操作，性能确实有所下降，虽然可以忽略。但实际上，在另一个地方，性能会提升。例如，传统的链表，如果不断进行“下一项”操作，如果next指针不在整个结构的起始位置，就要先做一次加法，再取地址访问下一个，而在这种通用链表则不需要做这次加法。
最初定义的
struct list_int {
int n;
struct list_int* next;
struct list_int* prev;
};
每次要访问下一项的时候，取next之后，得到的是list_int结构的起始地址，而如果我要继续取下一项，就要再加上一个数（得到next的地址）之后，再取地址，这样就多做了一次加法。这种通用链表，因为取next之后，得到的直接就是下一项的next的地址，因此就不用做那次加法了。不过，如果不是取next而是取prev，那么这次加法还是少不了的。
标签：生成 list 64位 define 个数 组成 需要 char* fine
原文地址：https://www.cnblogs.com/zzc2422/p/9272883.html
