用html5做的网站过程,网站做优化有必要吗,玖久建筑网,网站优化seo是什么Linux内核可谓是集C语言大成者#xff0c;从中我们可以学到非常多的技巧#xff0c;本文来学习一下宏技巧#xff0c;文章有点长#xff0c;但耐心看完后C语言level直接飙升。
本文出自#xff1a;大叔的嵌入式小站#xff0c;一个简单的嵌入式/单片机学习、交流小站
从…Linux内核可谓是集C语言大成者从中我们可以学到非常多的技巧本文来学习一下宏技巧文章有点长但耐心看完后C语言level直接飙升。
本文出自大叔的嵌入式小站一个简单的嵌入式/单片机学习、交流小站
从Linux内核中学习高级C语言宏技巧 1.用do{}while(0)把宏包起来
#define init_hashtable_nodes(p, b) do { \ int _i; \ hash_init((p)-htable##b); \ ...略去 \} while (0)
Linux中常见如上定义宏的形式我们都知道do{}while(0)只执行一次那么这个有什么意义呢
我们写一个更简单的宏来看看
#define fun(x) fun1(x);fun2(x);
则在这样的语句中
if(a) fun(a);
被展开为
if(a) fun1(x);fun2(x);;
fun2(x)将不会执行有同学会想加个花括号
#define fun(x) {fun1(x);fun2(x);}
则在这样的语句中
if (a) fun(a);else fun3(a);
被展开为
if (a) {fun1(x);fun2(x);};else fun3(a);
注意}后还有个;这将会出现语法错误。
但是假如我们写成
#define fun(x) do{fun1(x);fun2(x);}while(0)
则完美避免上述问题
2.获取数组元素个数
写一个获取数组中元素个数的宏怎么写显然用sizeof
#define ARRAY_SIZE(arr) (sizeof(arr) / sizeof(*arr))
可以用但这样是存在问题的先看个例子
#includestdio.hint a[3] {1,3,5};int fun(int c[]){ printf(fun1 a %d\n,sizeof(c));}int main(void){ printf(a %d\n,sizeof(a)); fun(a); return 0;}
输出
a 12b 8//32位电脑为4
为什么因为数组名和指针不是完全一样的函数参数中的数组名在函数内部会降为指针sizeof(a),在函数中实际上变成了sizeof(int *)。
上面的宏存在的问题也就清楚了这是一个非常重大且容易忽略的bug
让我们看看内核中怎么写
#define ARRAY_SIZE(arr) (sizeof(arr) / sizeof((arr)[0]) __must_be_array(arr))
(arr)[0]是0长数组不占用内存GNU C支持0长数组在某些编译器下可能会出错。不过不是因为这个来避开上面的问题
sizeof(arr) / sizeof((arr)[0]很好理解数组大小除去元素类型大小即是元素个数真正的精髓在于后面__must_be_array(arr)宏
#define __must_be_array(a) BUILD_BUG_ON_ZERO(__same_type((a), (a)[0]))
先看内部的__same_type它也是个宏
# define __same_type(a, b) __builtin_types_compatible_p(typeof(a), typeof(b))
__builtin_types_compatible_p 是gcc内联函数在内核源码中找不到定义也无需包含头文件在代码中也可以直接使用这个函数。只要是用gcc编译器来编译即可使用不用管这个只需知道
当 a 和 b 是同一种数据类型时此函数返回 1。
当 a 和 b 是不同的数据类型时此函数返回 0。
再看外部的精髓来了
#define BUILD_BUG_ON_ZERO(e) (sizeof(struct { int:-!!(e); }))
上来就是个小技巧!!(e)是将e转换为0或1加个-号即将e转换为0或-1。
再用到了位域
有些信息在存储时并不需要占用一个完整的字节 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时只有0和1 两种状态用一位二进位即可。这时候可以用位域
struct struct_a{ char a:3; char b:3; char c;};
a占用3位b占用3位如上结构体只占用2字节位域可以为无位域名这时它只用来作填充或调整位置不能使用如
struct struct_a{ char a:3; char :3; char c;};
当位数为负数时编译无法通过
当a为数组时__same_type((a), (a)[0])(a)[0]是个指针两者类型不同返回0即e为0-!!(e)为0sizeof(struct { int:0; })为0编译通过且不影响最终值。
当a为指针时__same_type((a), (a)[0])两者类型相同返回1即e为1-!!(e)为-1无法编译。
3.求两个数中最大值的宏MAX
思考这个问题你会怎么写
3.1一般的同学
#define MAX(a,b) a b ? a : b
存在问题例子如下
#includestdio.h#define MAX(x,y) x y ? x: yint main(void){ int i 14; int j 3; printf (i0b101 %d\n,i0b101); printf (j0b101 %d\n,j0b101); printf(max%d\n,MAX(i0b101,j0b101)); return 0;}
输出
i0b101 4j0b101 1max1
明显不对因为运算符优先级大于所以会先进行比较再进行按位与。
3.2稍好的同学
#define MAX(a,b) (a) (b) ? (a) : (b)
存在问题例子如下
#define MAX(x,y) (x) (y) ? (x) : (y)int main(void){ printf(max%d,3 MAX(1,2)); return 0;}
输出
max 1
同样是优先级问题优先级大于。
附优先级表同一优先级的运算符运算次序由结合方向所决定。 优先级 运算符 名称或含义 使用形式 结合方向 1 [] 数组元素下标 数组名[常量表达式] 左到右 () 圆括号、函数参数表 (表达式/函数名(形参表) . 成员选择对象 对象.成员名 - 成员选择指针 对象指针-成员名 2 - 负号运算符 -表达式 右到左 ~ 按位取反运算符 ~表达式 自增运算符 变量名/变量名 -- 自减运算符 --变量名/变量名-- * 取值运算符 *指针变量 取地址运算符 变量名 ! 逻辑非运算符 !表达式 (类型) 强制类型转换 (数据类型)表达式 sizeof 长度运算符 sizeof(表达式) 3 / 除 表达式 / 表达式 左到右 * 乘 表达式 * 表达式 % 余数取模 整型表达式 % 整型表达式 4 加 表达式 表达式 左到右 - 减 表达式 - 表达式 5 左移 变量 表达式 左到右 右移 变量 表达式 6 大于 表达式 表达式 左到右 大于等于 表达式 表达式 小于 表达式 表达式 小于等于 表达式 表达式 7 等于 表达式 表达式 左到右 不等于 表达式 ! 表达式 8 按位与 表达式 表达式 左到右 9 ^ 按位异或 表达式 ^ 表达式 左到右 10 | 按位或 表达式 | 表达式 左到右 11 逻辑与 表达式 表达式 左到右 12 || 逻辑或 表达式 || 表达式 左到右 13 ?: 条件运算符 表达式1? 表达式2: 表达式3 右到左 14 赋值运算符 变量 表达式 右到左 / 除后赋值 变量 / 表达式 * 乘后赋值 变量 * 表达式 % 取模后赋值 变量 % 表达式 加后赋值 变量 表达式 - 减后赋值 变量 - 表达式 左移后赋值 变量 表达式 右移后赋值 变量 表达式 按位与后赋值 变量 表达式 ^ 按位异或后赋值 变量 ^ 表达式 | 按位或后赋值 变量 | 表达式 15 逗号运算符 表达式, 表达式, … 左到右
3.3良好的同学
#define MAX(a,b) ((a) (b) ? (a) : (b))
避免了前两个出现的问题但同样还有问题存在
#includestdio.h#define MAX(x,y) ((x) (y) ? (x): (y))int main(void){ int i 2; int j 3; printf(max%d\n,MAX(i,j)); printf(i%d\n,i); printf(j%d\n,j); return 0;}
期望结果
max3i3j4
实际结果
max4i3j5
尽管用括号避免了优先级问题但这个例子中的j实际上运行了两次。
3.4Linux内核中的写法
#define MAX(x, y) ({ \ typeof(x) _max1 (x); \ typeof(y) _max2 (y); \ (void) (_max1 _max2); \ _max1 _max2 ? _max1 : _max2; })
下面进行详解。
3.4.1.GNU C中的语句表达式
表达式就是由一系列操作符和操作数构成的式子。 例如三面三个表达式
abia*2a
表达式加上一个分号就构成了语句例如下面三条语句
ab;ia*2;a;
A compound statement enclosed in parentheses may appear as an expression in GNU C.
——《Using the GNU Compiler Collection》6.1 Statements and Declarations in Expressions
GNU C允许在表达式中有复合语句,称为语句表达式
({表达式1;表达式2;表达式3;...})
语句表达式内部可以有局部变量语句表达式的值为内部最后一个表达式的值。
例子
int main(){ int y; y ({ int a 3; int b 4;ab;}); printf(y %d\n,y); return 0;}
输出y 7。
这个扩展使得宏构造更加安全可靠我们可以写出这样的程序
#define max(x, y) ({ \ int _max1 (x); \ int _max2 (y); \ _max1 _max2 ? _max1 : _max2; })int main(void){ int i 2; int j 3; printf(max%d\n,max(i,j)); printf(i%d\n,i); printf(j%d\n,j); return 0;}
但这个宏还有个缺点只能比较int型变量改进一下
#define max(typex, y) ({ \ type _max1 (x); \ type _max2 (y); \ _max1 _max2 ? _max1 : _max2; })
但这需要传入type还不够好。
3.4.2 typeof关键字
GNU C 扩展了一个关键字 typeof用来获取一个变量或表达式的类型。
例子
int a;typeof(a) b 1;typeof(int *) a;int f();typeof(f()) i;
于是就有了
#define max(x, y) ({ \ typeof(x) _max1 (x); \ typeof(y) _max2 (y); \ _max1 _max2 ? _max1 : _max2; })
3.4.3真正的精髓
对比一下内核的写法
#define max(x, y) ({ \ typeof(x) _max1 (x); \ typeof(y) _max2 (y); \ (void) (_max1 _max2); \ _max1 _max2 ? _max1 : _max2; })
发现比我们的还多了一句
(void) (_max1 _max2);
这才是真正的精髓对于不同类型的指针比较编译器会给一个警告
warningcomparison of distinct pointer types lacks a cast
提示两种数据类型不同。
至于加void是因为当两个值比较比较的结果没有用到有些编译器可能会给出一个警告加(void)后就可以消除这个警告。
4.通过成员获取结构体地址的宏container_of
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) ((TYPE *)0)-MEMBER)#define container_of(ptr, type, member) ({ \ const typeof(((type *)0)-member) *__mptr (ptr); \ (type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); \})
4.1作用
我们传给某个函数的参数是某个结构体的成员但是在函数中要用到此结构体的其它成员变量这时就需要使用这个宏container_of(ptr, type, member)
ptr为已知结构体成员的指针type为结构体名字member为已知成员名字例子
struct struct_a{ int a; int b;};int fun1 (int *pa){ struct struct_a *ps_a; ps_a container_of(pa,struct struct_a,a); ps_a-b 8;}int main(void){ float f 10; struct struct_a s_a {2,3}; fun1(s_a.a); printf(s_a.b %d\n,s_a.b); return 0;}
输出s_a.b8。
本例子中通过struct_a结构体中的a成员地址获取到了结构体地址进而对结构体中的另一成员b进行了赋值。
4.2详解
首先来看
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) ((TYPE *)0)-MEMBER)
这个是获取在结构体TYPE中MEMBER成员的偏移位置。
定义一个结构体变量时编译器会按照结构体中各个成员的顺序在内存中分配一片连续的空间来存储。例子
#includestdio.hstruct struct_a{ int a; int b; int c;};int main(void){ struct struct_a s_a {2,3,6}; printf(s_a addr %p\n,s_a); printf(s_a.a addr %p\n,s_a.a); printf(s_a.b addr %p\n,s_a.b); printf(s_a.c addr %p\n,s_a.c); return 0;}
输出
s_a addr 0x7fff2357896cs_a.a addr 0x7fff2357896cs_a.b addr 0x7fff23578970s_a.c addr 0x7fff23578974
结构体的地址也就是第一个成员的地址每一个成员的地址可以看作是对首地址的偏移上面例子中a就是首地址偏移0b就是首地址偏移4字节c就是首地址偏移8字节。
我们知道C语言中指针的内容其实就是地址我们也可以把某个地址强制转换为某种类型的指针(TYPE *)0)即将地址0通过强制类型转换转换为一个指向结构体类型为 TYPE的常量指针。
((TYPE *)0)-MEMBER自然就是MEMBER成员对首地址的偏移量了。
而(size_t)是内核定义的数据类型在32位机上就是unsigned int64位就是unsiged long int就是强制转换为无符号整型数。
再来看
#define container_of(ptr, type, member) ({ \ const typeof(((type *)0)-member) *__mptr (ptr); \ (type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); \})
第一句其实这句才是精华
const typeof(((type *)0)-member) *__mptr (ptr); \
typeof在前面讲过了获取类型这句作用是利用赋值来确保你传入的ptr指针和member成员是同一类型不然就会出现警告。
第二句 (type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); \
有了前面的讲解应该就很容易理解了成员的地址减去偏移不就是首地址吗为什么要加个(char *)强制类型转换
因为offsetof(type, member)的结果是偏移的字节数而指针运算char *-1是减去一个字节int *-1就是减去四个字节了。
最外面的 (type *)即把这个值强制转换为结构体指针。
5.#与变参宏
5.1#和##
#运算符可以把宏参数转换为字符串例子
#include stdio.h#define PSQR(x) printf(The square of #x is %d.\n,((x)*(x)))int main(void){ int y 5; PSQR(y); PSQR(2 4); return 0;}
输出
The square of y is 25.The square of 2 4 is 36.
##运算符,可以把两个参数组合成一个。例子
#include stdio.h#define PRINT_XN(n) printf(x #n %d\n, x ## n);int main(void){ int x1 2; int x2 3; PRINT_XN(1); // becomes printf(x1 %d\n, x1); PRINT_XN(2); // becomes printf(x2 %d\n, x2); return 0;}
该程序的输出如下x1 2x2 3
5.2变参宏
我们都知道printf接受可变参数C99后宏定义也可以使用可变参数。C99 标准新增加的一个 __VA_ARGS__ 预定义标识符来表示变参列表例子
#define DEBUG(...) printf(__VA_ARGS__)int main(void){ DEBUG(Hello %s\n,World); return 0;}
但是这个在使用时可能还有点问题比如这种写法
#define DEBUG(fmt,...) printf(fmt,__VA_ARGS__)int main(void){ DEBUG(Hello World); return 0;}
展开后
printf(Hello World,);
多了个逗号编译无法通过这时只要在标识符 __VA_ARGS__ 前面加上宏连接符 ##当变参列表非空时## 的作用是连接 fmt和变参列表宏正常使用当变参列表为空时## 会将固定参数 fmt 后面的逗号删除掉这样宏也就可以正常使用了即改成这样
#define DEBUG(fmt,...) printf(fmt,##__VA_ARGS__)
除了这些其实Linux内核中还有很多宏和函数写得非常精妙。Linux内核越看越有味道看内核源码很多时候都会不明所以但看明白后又醍醐灌顶又感慨人外有人 本文出自大叔的嵌入式小站一个简单的嵌入式/单片机学习、交流小站
从Linux内核中学习高级C语言宏技巧
