linux核心中GNU C和標準C的區別

阿新 • • 發佈：2019-01-20

今天看了一下午的linux核心程式設計方面的內容，發現linux 核心中GNU C與標準C有一些差別，特記錄如下：
linux 系統上可用的C編譯器是GNU C編譯器，它建立在自由軟體基金會的程式設計許可證的基礎上，因此可以自由釋出。GNU　C對標準C進行進一步擴充套件，以增強標準C的功能。下面我們對GNU C中的擴充套件進行一下總結：
1、零長度陣列
GNU C 允許使用零長度陣列，在定義變長物件的頭結構時，這個特性非常有用。例如：
struct minix_dir_entry {
    __u16 inode;
char name[0];
};
結構的最後一個元素定義為零長度陣列，它不佔結構的空間。在標準 C 中則需要定義陣列長度為 1，分配時計算物件大小比較複雜。
2、case範圍
GNU C 允許在一個 case 標號中指定一個連續範圍的值，例如：
case '0' ... '9': c -= '0'; break;
case 'a' ... 'f': c -= 'a'-10; break;
case 'A' ... 'F': c -= 'A'-10; break;
其中case '0' ... '9': 相當於   case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':   case '5': case '6': case '7': case '8': case '9':
3、語句表示式
GNU C 把包含在括號中的複合語句看做是一個表示式，稱為語句表示式，它可以出現在任何允許表示式的地方，你可以在語句表示式中使用迴圈、區域性變數等，原本只能在複合語句中使用。例如：
#define min_t(type,x,y) \
   ({ type __x = (x); type __y = (y); __x < __y ? __x: __y; })
複合語句的最後一個語句應該是一個表示式，它的值將成為這個語句表示式的值。這裡定義了一個安全的求最小值的巨集，在標準 C 中，通常定義為:
#define min(x,y) ((x) < (y) ? (x) : (y))
這個定義計算 x 和 y 分別兩次，當引數有副作用時（比如出現引數自增或自減語句時），將產生不正確的結果，使用語句表示式只計算引數一次，避免了可能的錯誤。語句表示式通常用於巨集定義。
4、typeof關鍵字
使用前一節定義的巨集需要知道引數的型別，利用 typeof 可以定義更通用的巨集，不
必事先知道引數的型別，例如：
#define min(x,y) ({ \
   const typeof(x) _x = (x);    \
   const typeof(y) _y = (y);    \
   (void) (&_x == &_y);          \
_x < _y ? _x : _y; })
這裡 typeof(x) 表示 x 的值型別， const typeof(x) _x = (x); 中定義了一個與 x 型別相同的區域性變數 _x 並初使化為 x， (void) (&_x == &_y); 的作用是檢查引數 x 和 y 的型別是否相同。typeof 可以用在任何型別可以使用的地方，通常用於巨集定義。
5、可變引數的巨集
在 GNU C 中，巨集可以接受可變數目的引數，就象函式一樣，例如：
#define pr_debug(fmt,arg...) \
printk(fmt,##arg)
這裡 arg 表示其餘的引數，可以是零個或多個，這些引數以及引數之間的逗號構成 arg 的值，在巨集擴充套件時替換 arg，例如：
pr_debug("%s:%d",filename,line)
會被擴充套件為
printk("%s:%d", filename, line)
使用 ## 的原因是處理 arg 不匹配任何引數的情況，這時 arg 的值為空，GNU C 前處理器在這種特殊情況下，丟棄 ## 之前的逗號，這樣
pr_debug("success!\n")
會被擴充套件為
printk("success!\n")
而不是printk("success!\n"，)
注意最後的逗號。
6、標號元素
標準 C 要求陣列或結構變數的初使化值必須以固定的順序出現，在 GNU C 中，通過指定索引或結構域名，允許初始化值以任意順序出現。指定陣列索引的方法是在初始化值前寫 '[INDEX] ='，要指定一個範圍使用 '[FIRST ... LAST] =' 的形式，例如：
static unsigned long irq_affinity [NR_IRQS] = { [0 ... NR_IRQS-1] = ~0UL };
將陣列的所有元素初使化為 ~0UL，這可以看做是一種簡寫形式。
要指定結構元素，在元素值前寫 'FIELDNAME:'，例如：
struct file_operations ext2_file_operations = {
      llseek:       generic_file_llseek,
      read:           generic_file_read,
   write:       generic_file_write,
      ioctl:       ext2_ioctl,
       mmap:           generic_file_mmap,
       open:           generic_file_open,
   release:        ext2_release_file,
   fsync:       ext2_sync_file,
};
將結構 ext2_file_operations 的元素 llseek 初始化為 generic_file_llseek，元素 read 初始化為 genenric_file_read，依次類推。我覺得這是 GNU C 擴充套件中最好的特性之一，當結構的定義變化以至元素的偏移改變時，這種初始化方法仍然保證已知元素的正確性。對於未出現在初始化中的元素，其初值為 0。
7、當前函式名
GNU CC 預定義了兩個標誌符儲存當前函式的名字，__FUNCTION__ 儲存函式在原始碼中的名字，__PRETTY_FUNCTION__ 儲存帶語言特色的名字。在 C 函式中，這兩個名字是相同的，在 C++ 函式中，__PRETTY_FUNCTION__ 包括函式返回型別等額外資訊，Linux 核心只使用了 __FUNCTION__。
void example()
{
printf{“This is function:%s”, __FUNCTION__};
}
程式碼中__FUNCTION__意味著字串“example”。
8、特殊屬性宣告
GNU C 允許宣告函式、變數和型別的特殊屬性，以便手工的程式碼優化和更仔細的程式碼檢查。要指定一個宣告的屬性，在聲明後寫   __attribute__ (( ATTRIBUTE ))其中 ATTRIBUTE 是屬性說明，多個屬性以逗號分隔。GNU C 支援十幾個屬性，這裡介紹最常用的：
* noreturn
屬性 noreturn 用於函式，表示該函式從不返回。這可以讓編譯器生成稍微優化的程式碼，最重要的是可以消除不必要的警告資訊比如未初使化的變數。例如：
# define ATTRIB_NORET   __attribute__((noreturn))....
asmlinkage NORET_TYPE void do_exit(long error_code) ATTRIB_NORET;
* format
屬性 format 用於函式，表示該函式使用 printf, scanf 或 strftime 風格的引數，使用這類函式最容易犯的錯誤是格式串與引數不匹配，指定 format 屬性可以讓編譯器根據格式串檢查引數型別。例如：
asmlinkage int printk(const char * fmt, ...)    __attribute__ ((format (printf, 1, 2)));
表示第一個引數是格式串，從第二個引數起根據格式串檢查引數。
* unused
屬性 unused 用於函式和變數，表示該函式或變數可能不使用，這個屬性可以避免編譯器產生警告資訊。
* aligned
屬性 aligned 用於變數、結構或聯合型別，指定變數、結構域、結構或聯合的對齊量，以位元組為單位，例如：
struct example_struct
{
char a;
int   b;
long c;
} __attribute__((aligned(4)));
表示該結構型別的變數以4位元組對界。
* packed
屬性 packed 用於變數和型別，用於變數或結構域時表示使用最小可能的對齊，用
於列舉、結構或聯合型別時表示該型別使用最小的記憶體。例如：
struct example_struct
{
char a;
int b__attribute__ ((packed));
long c__attribute__((packed));
};
對於結構體example_struct而言，在i386平臺下，其sizeof的結果為9，如果刪除其中的2個—attribute__((packed)),其sizeof將為12.
9、內建函式
GNU C 提供了大量的內建函式，其中很多是標準 C 庫函式的內建版本，例如memcpy，它們與對應的 C 庫函式功能相同，不屬於庫函式的其他內建函式的名字通常以 __builtin 開始。例如：
* __builtin_return_address (LEVEL)
內建函式 __builtin_return_address 返回當前函式或其呼叫者的返回地址，引數 LEVEL 指定在棧上搜索框架的個數，0 表示當前函式的返回地址，1 表示當前函式的呼叫者的返回地址，依此類推。
* __builtin_constant_p(EXP)
內建函式 __builtin_constant_p 用於判斷一個值是否為編譯時常數，如果引數EXP 的值是常數，函式返回 1，否則返回 0。
* __builtin_expect(EXP, C)
內建函式 __builtin_expect 用於為編譯器提供分支預測資訊，其返回值是整數表
達式 EXP 的值，C 的值必須是編譯時常數。
例如，下面的程式碼檢測第一個引數是否為編譯時常數以確定採用引數版本還是非引數版本程式碼：
#define test_bit(nr,addr) \
(__builtin_constant_p(nr) ? \
constant_test_bit((nr),(addr)) : \
   variable_test_bit((nr),(addr)))

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