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Linux內(nèi)核采用的是GCC編譯器，GCC編譯器除了支持ANSI C，還支持GNU C。在Linux內(nèi)核中，許多地方都使用了GNU C語言的擴展特性，如typeof、__attribute__、__aligned、__builtin_等，這些都是GNU C語言的特性。
typeof
下面是比較兩個數(shù)大小返回最大值的經(jīng)典宏寫法：
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#define?max(a,b)?((a)?>?(b)???(a)?:?(b))
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如果a傳入i++，b傳入j++，那么這個比較大小就會出錯。例如：
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#define?max(a,b)?((a)>(b)?(a):(b))
int?x?=?1,?y?=?2;
printf("max=%d
",?max(x++,?y++));
printf("x?=?%d,?y?=?%d
",?x,?y);
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輸出結(jié)果：max=3，x=2，y=4。這是錯誤的結(jié)果，正常我們希望的是max(1,2)，返回max=2。如何修改這個宏呢？
在GNU C語言中，如果知道a和b的類型，可以在宏里面定義一個變量，將a, b賦值給變量，然后再比較。例如：
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#define?max(a,b)?({???
????int?_a?=?(a);????
????int?_b?=?(b);???
????_a?>?_b???_a?:?_b;?})?
?
如果不知道具體的數(shù)據(jù)類型，可以使用typeof類轉(zhuǎn)換宏，Linux內(nèi)核中的例子：
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#define?max(a,?b)?({????????
????typeof(a)?_a?=?(a);??????
????typeof(b)?_b?=?(b);??????
????(void)?(&_a?==?&_b);???
????_a?>?_b???_a?:?_b;?})
?
typeof(a) _a = (a):定義一個a類型的變量_a，將a賦值給_a
typeof(b) _b = (b):定義一個b類型的變量_b，將b賦值給_b
(void) (&_a == &_b):判斷兩個數(shù)的類型是否相同，如果不相同，會拋出一個警告。因為a和b的類型不一樣，其指針類型也會不一樣，兩個不一樣的指針類型進行比較操作，會拋出一個編譯警告。
typeof用法舉例：
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//typeof的參數(shù)可以是表達式或類型 //參數(shù)是類型 typeof(int?*)?a,b;//等價于：int *a,*b; //參數(shù)是表達式 int?foo(); typeof(foo())?var;//聲明了int類型的var變量，因為表達式foo()是int類型的。由于表達式不會被執(zhí)行，所以不會調(diào)用foo函數(shù)。
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零長數(shù)組
零長數(shù)組，又叫柔性數(shù)組。而它的作用主要就是為了滿足需要變長度的結(jié)構(gòu)體，因此有時也習(xí)慣性地稱為變長數(shù)組。
用法：在一個結(jié)構(gòu)體的最后, 申明一個長度為0的數(shù)組, 就可以使得這個結(jié)構(gòu)體是可變長的。
對于編譯器來說, 此時長度為0的數(shù)組并不占用空間, 因為數(shù)組名本身不占空間, 它只是一個偏移量, 數(shù)組名這個符號本身代表了一個不可修改的地址常量
結(jié)構(gòu)體中定義零長數(shù)組：
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struct?pcpu_chunk?{ ????struct?list_head??list; ????unsigned?long????populated[];??/*?變長數(shù)組?*/ };
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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最后一個元素被定義為零長度數(shù)組，不占結(jié)構(gòu)體空間。這樣，我們可以根據(jù)對象大小動態(tài)地分配結(jié)構(gòu)的大小。
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struct?line?{
????int?length;
????char?contents[0];
};
struct?line?*thisline?=?malloc(sizeof(struct?line)?+?this_length);
thisline->length?=?this_length;
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如上例所示，struct line數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義了一個int length變量和一個變長數(shù)組contents[0]，這個struct line數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的大小只包含int類型的大小，不包含contents的大小，也就是**sizeof (struct line) = sizeof (int)**。
創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體對象時，可根據(jù)實際的需要指定這個可變長數(shù)組的長度，并分配相應(yīng)的空間，如上述實例代碼分配了this_length 字節(jié)的內(nèi)存，并且可以通過contents[index]來訪問第index個地址的數(shù)據(jù)。
case范圍
GNU C語言支持指定一個case的范圍作為一個標(biāo)簽，如：
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case?low?...high: case?'A'?...'Z':
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這里low到high表示一個區(qū)間范圍，在ASCII字符代碼中也非常有用。下面是Linux內(nèi)核中的代碼例子。
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???? static?int?local_atoi(const?char?*name){ ????int?val?=?0; ????for?(;;?name++)?{ ????????switch?(*name)?{ ????????????case?'0'?...'9': ????????????????val?=?10*val+(*name-'0'); ????????????????break; ????????????default: ????????????????return?val; ????????} ????} }
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另外，還可以用整形數(shù)來表示范圍，但是這里需要注意在“...”兩邊有空格，否則編譯會出錯。
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static?int?at91sam9261_udc_init(struct?at91_udc?*udc){ ????for?(i?=?0;?i?ep[i]; ????????switch?(i)?{ ????????????case?0: ????????????????ep->maxpacket?=?8; ????????????????break; ????????????case?1?...?3: ????????????????ep->maxpacket?=?64; ????????????????break; ????????????case?4?...?5: ????????????????ep->maxpacket?=?256; ????????????????break; ????????} ????} }
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標(biāo)號元素
GNU C語言可以通過指定索引或結(jié)構(gòu)體成員名來初始化，不必按照原來的固定順序進行初始化。
結(jié)構(gòu)體成員的初始化在 Linux 內(nèi)核中經(jīng)常使用，如在設(shè)備驅(qū)動中初始化file_operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
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static?const?struct?file_operations?zero_fops?=?{ ????.llseek??????=?zero_lseek, ????.read????????=?new_sync_read, ????.write???????=?write_zero, ????.read_iter?????=?read_iter_zero, ????.aio_write?????=?aio_write_zero, ????.mmap????????=?mmap_zero, };
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如上述代碼中的zero_fops的成員llseek初始化為zero_lseek函數(shù)，read成員初始化為new_sync_read函數(shù)，依次類推。當(dāng)file_operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義發(fā)生變化時，這種初始化方法依然能保證已知元素的正確性，對于未初始化成員的值為0或者NULL。
可變參數(shù)宏
在GNU C語言中，宏可以接受可變數(shù)目的參數(shù)，主要用在輸出函數(shù)里。例如：
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#define?pr_debug(fmt,?...)? dynamic_pr_debug(fmt,?##__VA_ARGS__)
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“...”代表一個可以變化的參數(shù)表，“__VA_ARGS__”是編譯器保留字段，預(yù)處理時把參數(shù)傳遞給宏。當(dāng)宏的調(diào)用展開時，實際參數(shù)就傳遞給dynamic_pr_debug函數(shù)了。
函數(shù)屬性
GNU C語言允許聲明函數(shù)屬性（Function Attribute）、變量屬性（Variable Attribute）和類型屬性（Type Attribute），以便編譯器進行特定方面的優(yōu)化和更仔細的代碼檢查。特殊屬性語法格式為：
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__attribute__?((attribute-list))
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attribute-list的定義有很多，如noreturn、format以及const等。此外，還可以定義一些和處理器體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的函數(shù)屬性，如ARM體系結(jié)構(gòu)中可以定義interrupt、isr等屬性。
下面是Linux內(nèi)核中使用format屬性的一個例子。
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int?libcfs_debug_msg(struct?libcfs_debug_msg_data?*msgdata,const?char?*format1,?...)__attribute__?((format?(printf,?2,?3)));
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libcfs_debug_msg()函數(shù)里聲明了一個format函數(shù)屬性，它會告訴編譯器按照printf的參數(shù)表的格式規(guī)則對該函數(shù)參數(shù)進行檢查。數(shù)字2表示第二個參數(shù)為格式化字符串，數(shù)字3表示參數(shù)“...”里的第一個參數(shù)在函數(shù)參數(shù)總數(shù)中排在第幾個。
noreturn屬性告訴編譯器，該函數(shù)從不返回值，這可以消除一些不必要的警告信息。例如以下函數(shù)，函數(shù)不會返回：
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void?__attribute__((noreturn))?die(void);
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const 屬性會讓編譯器只調(diào)用該函數(shù)一次，以后再調(diào)用時只需要返回第一次結(jié)果即可，從而提高效率。
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static?inline?u32?__attribute_const__?read_cpuid_cachetype(void){ ????return?read_cpuid(CTR_EL0); }
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Linux還有一些其他的函數(shù)屬性，被定義在compiler-gcc.h文件中。
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#define?__pure???????????__attribute__((pure)) #define?__aligned(x)????????__attribute__((aligned(x))) #define?__printf(a,?b)??????__attribute__((format(printf,?a,?b))) #define?__scanf(a,?b)???????__attribute__((format(scanf,?a,?b))) #define?noinline??????????__attribute__((noinline)) #define?__attribute_const__???__attribute__((__const__)) #define?__maybe_unused??????__attribute__((unused)) #define?__always_unused??????__attribute__((unused))
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變量屬性和類型屬性
變量屬性可以對變量或結(jié)構(gòu)體成員進行屬性設(shè)置。類型屬性常見的屬性有alignment、packed和sections等。
alignment屬性規(guī)定變量或者結(jié)構(gòu)體成員的最小對齊格式，以字節(jié)為單位。
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struct?qib_user_info?{
????__u32?spu_userversion;
????__u64?spu_base_info;
}?__aligned(8);
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在這個例子中，編譯器以8字節(jié)對齊的方式來分配qib_user_info這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
packed屬性可以使變量或者結(jié)構(gòu)體成員使用最小的對齊方式，對變量是以字節(jié)對齊，對域是以位對齊。
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struct?test{
?char?a;
????int?x[2]?__attribute__?((packed));
};
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x成員使用了packed屬性，它會存儲在變量a后面，所以這個結(jié)構(gòu)體一共占用9字節(jié)。
內(nèi)建函數(shù)
內(nèi)建函數(shù)以“_builtin_”作為函數(shù)名前綴。下面介紹Linux內(nèi)核常用的一些內(nèi)建函數(shù)。
__builtin_constant_p(x)：判斷x是否在編譯時就可以被確定為常量。如果x為常量，該函數(shù)返回1，否則返回0。
__builtin_expect(exp, c)：
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#define?__swab16(x)???????? (__builtin_constant_p((__u16)(x))???? ___constant_swab16(x)?:?????? __fswab16(x))__builtin_expect(exp,?c)
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__builtin_expect(exp, c)：這里的意思是exp==c的概率很大，用來引導(dǎo)GCC編譯器進行條件分支預(yù)測。開發(fā)人員知道最可能執(zhí)行哪個分支，并將最有可能執(zhí)行的分支告訴編譯器，讓編譯器優(yōu)化指令序列，使指令盡可能地順序執(zhí)行，從而提高CPU預(yù)取指令的正確率。
Linux內(nèi)核中經(jīng)常見到likely()和unlikely()函數(shù)，本質(zhì)也是__builtin_expect()：
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#define?LIKELY(x)?__builtin_expect(!!(x),?1)?//x很可能為真 #define?UNLIKELY(x)?__builtin_expect(!!(x),?0)?//x很可能為假
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__builtin_prefetch(const void *addr, int rw, int locality)：主動進行數(shù)據(jù)預(yù)取，在使用地址addr的值之前就把其值加載到cache中，減少讀取的延遲，從而提高性能。
該函數(shù)可以接受3個參數(shù)：
第一個參數(shù)addr表示要預(yù)取數(shù)據(jù)的地址；
第二個參數(shù)rw表示讀寫屬性，1表示可寫，0表示只讀；
第三個參數(shù)locality表示數(shù)據(jù)在cache中的時間局部性，其中0表示讀取完addr的之后不用保留在cache中，而1～3表示時間局部性逐漸增強。如下面的prefetch()和prefetchw()函數(shù)的實現(xiàn)。
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#define?prefetch(x)?__builtin_prefetch(x) #define?prefetchw(x)?__builtin_prefetch(x,1)
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下面是使用prefetch()函數(shù)進行優(yōu)化的一個例子。
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void?__init?__free_pages_bootmem(struct?page?*page,?unsigned?int?order){ ????unsigned?int?nr_pages?=?1?< ?
在處理struct page數(shù)據(jù)之前，通過prefetchw()預(yù)取到cache中，從而提升性能。
asmlinkage
在標(biāo)準(zhǔn)C語言中，函數(shù)的形參在實際傳入?yún)?shù)時會涉及參數(shù)存放問題。
對于x86架構(gòu)，函數(shù)參數(shù)和局部變量被一起分配到函數(shù)的局部堆棧里。x86中對asmlinkage的定義：
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#define?asmlinkage?CPP_ASMLINKAGE?__attribute__((regparm(0))) ?
attribute((regparm(0)))：告訴編譯器該函數(shù)不需要通過任何寄存器來傳遞參數(shù)，只通過堆棧來傳遞。
對于ARM來說，函數(shù)參數(shù)的傳遞有一套ATPCS標(biāo)準(zhǔn)，即通過寄存器來傳遞。ARM中的R0～R4寄存器存放傳入?yún)?shù)，當(dāng)參數(shù)超過5個時，多余的參數(shù)被存放在局部堆棧中。所以，ARM平臺沒有定義asmlinkage。
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#define?asmlinkage?CPP_ASMLINKAGE #define?asmlinkage?CPP_ASMLINKAGE ?
UL
在Linux內(nèi)核代碼中，我們經(jīng)常會看到一些數(shù)字的定義使用了UL后綴修飾。
數(shù)字常量會被隱形定義為int類型，兩個int類型相加的結(jié)果可能會發(fā)生溢出。
因此使用UL強制把int類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為unsigned long類型，這是為了保證運算過程不會因為int的位數(shù)不同而導(dǎo)致溢出。
1 ：表示有符號整型數(shù)字1
UL：表示無符號長整型數(shù)字1
end
審核編輯：劉清
工商網(wǎng)監(jiān)
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