Linux內核采用的是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

下面是比較兩個數大小返回最大值的經典宏寫法：

#definemax(a,b)((a)>(b)?(a):(b))

如果a傳入i++，b傳入j++，那么這個比較大小就會出錯。例如：

#definemax(a,b)((a)>(b)?(a):(b))

intx=1,y=2;
printf("max=%d
",max(x++,y++));
printf("x=%d,y=%d
",x,y);

輸出結果：max=3，x=2，y=4。這是錯誤的結果，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：

#definemax(a,b)({
int_a=(a);
int_b=(b);
_a>_b?_a:_b;})

如果不知道具體的數據類型，可以使用typeof類轉換宏，Linux內核中的例子：

#definemax(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：

//typeof的參數可以是表達式或類型

//參數是類型
typeof(int*)a,b;//等價于：int *a,*b;

//參數是表達式
intfoo();
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行，所以不會調用foo函數。

零長數組

零長數組，又叫柔性數組。而它的作用主要就是為了滿足需要變長度的結構體，因此有時也習慣性地稱為變長數組。

用法：在一個結構體的最后, 申明一個長度為0的數組, 就可以使得這個結構體是可變長的。

對于編譯器來說, 此時長度為0的數組并不占用空間, 因為數組名本身不占空間, 它只是一個偏移量, 數組名這個符號本身代表了一個不可修改的地址常量

結構體中定義零長數組：

structpcpu_chunk{
structlist_headlist;
unsignedlongpopulated[];/*變長數組*/
};

數據結構最后一個元素被定義為零長度數組，不占結構體空間。這樣，我們可以根據對象大小動態地分配結構的大小。

structline{
intlength;
charcontents[0];
};

structline*thisline=malloc(sizeof(structline)+this_length);
thisline->length=this_length;

如上例所示，struct line數據結構定義了一個int length變量和一個變長數組contents[0]，這個struct line數據結構的大小只包含int類型的大小，不包含contents的大小，也就是**sizeof (struct line) = sizeof (int)**。

創建結構體對象時，可根據實際的需要指定這個可變長數組的長度，并分配相應的空間，如上述實例代碼分配了this_length 字節的內存，并且可以通過contents[index]來訪問第index個地址的數據。

case范圍

GNU C語言支持指定一個case的范圍作為一個標簽，如：

caselow...high:
case'A'...'Z':

這里low到high表示一個區間范圍，在ASCII字符代碼中也非常有用。下面是Linux內核中的代碼例子。

staticintlocal_atoi(constchar*name){
intval=0;
for(;;name++){
switch(*name){
case'0'...'9':
val=10*val+(*name-'0');
break;
default:
returnval;
}
}
}

另外，還可以用整形數來表示范圍，但是這里需要注意在“...”兩邊有空格，否則編譯會出錯。

staticintat91sam9261_udc_init(structat91_udc*udc){
for(i=0;iep[i];
switch(i){
case0:
ep->maxpacket=8;
break;
case1...3:
ep->maxpacket=64;
break;
case4...5:
ep->maxpacket=256;
break;
}
}
}

標號元素

GNU C語言可以通過指定索引或結構體成員名來初始化，不必按照原來的固定順序進行初始化。

結構體成員的初始化在 Linux 內核中經常使用，如在設備驅動中初始化file_operations數據結構：

staticconststructfile_operationszero_fops={
.llseek=zero_lseek,
.read=new_sync_read,
.write=write_zero,
.read_iter=read_iter_zero,
.aio_write=aio_write_zero,
.mmap=mmap_zero,
};

如上述代碼中的zero_fops的成員llseek初始化為zero_lseek函數，read成員初始化為new_sync_read函數，依次類推。當file_operations數據結構的定義發生變化時，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。

可變參數宏

在GNU C語言中，宏可以接受可變數目的參數，主要用在輸出函數里。例如：

#definepr_debug(fmt,...)
dynamic_pr_debug(fmt,##__VA_ARGS__)

“...”代表一個可以變化的參數表，“__VA_ARGS__”是編譯器保留字段，預處理時把參數傳遞給宏。當宏的調用展開時，實際參數就傳遞給dynamic_pr_debug函數了。

函數屬性

GNU C語言允許聲明函數屬性（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化和更仔細的代碼檢查。特殊屬性語法格式為：

__attribute__((attribute-list))

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構相關的函數屬性，如ARM體系結構中可以定義interrupt、isr等屬性。

下面是Linux內核中使用format屬性的一個例子。

intlibcfs_debug_msg(structlibcfs_debug_msg_data*msgdata,constchar*format1,...)__attribute__((format(printf,2,3)));

libcfs_debug_msg()函數里聲明了一個format函數屬性，它會告訴編譯器按照printf的參數表的格式規則對該函數參數進行檢查。數字2表示第二個參數為格式化字符串，數字3表示參數“...”里的第一個參數在函數參數總數中排在第幾個。

noreturn屬性告訴編譯器，該函數從不返回值，這可以消除一些不必要的警告信息。例如以下函數，函數不會返回：

void__attribute__((noreturn))die(void);

const屬性會讓編譯器只調用該函數一次，以后再調用時只需要返回第一次結果即可，從而提高效率。

staticinlineu32__attribute_const__read_cpuid_cachetype(void){
returnread_cpuid(CTR_EL0);
}

Linux還有一些其他的函數屬性，被定義在compiler-gcc.h文件中。

#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)))
#definenoinline__attribute__((noinline))
#define__attribute_const____attribute__((__const__))
#define__maybe_unused__attribute__((unused))
#define__always_unused__attribute__((unused))

變量屬性和類型屬性

變量屬性可以對變量或結構體成員進行屬性設置。類型屬性常見的屬性有alignment、packed和sections等。

alignment屬性規定變量或者結構體成員的最小對齊格式，以字節為單位。

structqib_user_info{
__u32spu_userversion;
__u64spu_base_info;
}__aligned(8);

在這個例子中，編譯器以8字節對齊的方式來分配qib_user_info這個數據結構。

packed屬性可以使變量或者結構體成員使用最小的對齊方式，對變量是以字節對齊，對域是以位對齊。

structtest{
chara;
intx[2]__attribute__((packed));
};

x成員使用了packed屬性，它會存儲在變量a后面，所以這個結構體一共占用9字節。

內建函數

內建函數以“_builtin_”作為函數名前綴。下面介紹Linux內核常用的一些內建函數。

__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，該函數返回1，否則返回0。

__builtin_expect(exp, c)：

#define__swab16(x)
(__builtin_constant_p((__u16)(x))?
___constant_swab16(x):
__fswab16(x))__builtin_expect(exp,c)

__builtin_expect(exp, c)：這里的意思是exp==c的概率很大，用來引導GCC編譯器進行條件分支預測。開發人員知道最可能執行哪個分支，并將最有可能執行的分支告訴編譯器，讓編譯器優化指令序列，使指令盡可能地順序執行，從而提高CPU預取指令的正確率。

Linux內核中經常見到likely()和unlikely()函數，本質也是__builtin_expect()：

#defineLIKELY(x)__builtin_expect(!!(x),1)//x很可能為真
#defineUNLIKELY(x)__builtin_expect(!!(x),0)//x很可能為假

__builtin_prefetch(const void *addr, int rw, int locality)：主動進行數據預取，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。

該函數可以接受3個參數：

第一個參數addr表示要預取數據的地址；

第二個參數rw表示讀寫屬性，1表示可寫，0表示只讀；

第三個參數locality表示數據在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()函數的實現。

#defineprefetch(x)__builtin_prefetch(x)
#defineprefetchw(x)__builtin_prefetch(x,1)

下面是使用prefetch()函數進行優化的一個例子。

void__init__free_pages_bootmem(structpage*page,unsignedintorder){
unsignedintnr_pages=1<

	

	在處理struct page數據之前，通過prefetchw()預取到cache中，從而提升性能。

	asmlinkage

	在標準C語言中，函數的形參在實際傳入參數時會涉及參數存放問題。

	對于x86架構，函數參數和局部變量被一起分配到函數的局部堆棧里。x86中對asmlinkage的定義：

	

#defineasmlinkageCPP_ASMLINKAGE__attribute__((regparm(0)))


	

	attribute((regparm(0)))：告訴編譯器該函數不需要通過任何寄存器來傳遞參數，只通過堆棧來傳遞。

	對于ARM來說，函數參數的傳遞有一套ATPCS標準，即通過寄存器來傳遞。ARM中的R0～R4寄存器存放傳入參數，當參數超過5個時，多余的參數被存放在局部堆棧中。所以，ARM平臺沒有定義asmlinkage。

	

#defineasmlinkageCPP_ASMLINKAGE
#defineasmlinkageCPP_ASMLINKAGE


	

	UL

	在Linux內核代碼中，我們經常會看到一些數字的定義使用了UL后綴修飾。

	數字常量會被隱形定義為int類型，兩個int類型相加的結果可能會發生溢出。

	因此使用UL強制把int類型數據轉換為unsigned long類型，這是為了保證運算過程不會因為int的位數不同而導致溢出。

	1 ：表示有符號整型數字1

	UL：表示無符號長整型數字1

	





	審核編輯：劉清