Linux内核采用的是GCC编译器，GCC编译器除了支持ANSI C，还支持GNU C。在Linux内核中，许多地方都使用了GNU C语言的扩展特性，如typeof、__attribute__、__aligned、__builtin_等，这些都是GNU C语言的特性。

typeof

下面是比较两个数大小返回最大值的经典宏写法：

#define max(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

如果a传入i++，b传入j++，那么这个比较大小就会出错。例如：

#define max(a,b) ((a)>(b)?(a)b))intx=1,y=2;printf("max=%d\n", max(x++,y++));printf("x = %d, y = %d\n",x,y);

输出结果：max=3，x=2，y=4。这是错误的结果，正常我们希望的是max(1,2)，返回max=2。如何修改这个宏呢？

在GNU C语言中，如果知道a和b的类型，可以在宏里面定义一个变量，将a, b赋值给变量，然后再比较。例如：

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

如果不知道具体的数据类型，可以使用typeof类转换宏，Linux内核中的例子：

#definemax(a, b) ({        \typeof(a) _a = (a);      \typeof(b) _b = (b);      \
    (void) (&_a == &_b);   \
    _a > _b ? _a : _b; })

typeof(a) _a = (a):定义一个a类型的变量_a，将a赋值给_a

typeof(b) _b = (b):定义一个b类型的变量_b，将b赋值给_b

(void) (&_a == &_b):判断两个数的类型是否相同，如果不相同，会抛出一个警告。因为a和b的类型不一样，其指针类型也会不一样，两个不一样的指针类型进行比较操作，会抛出一个编译警告。

typeof用法举例：

//typeof的参数可以是表达式或类型//参数是类型typeof(int*) a,b;//等价于：int *a,*b;//参数是表达式intfoo();typeof(foo())var;//声明了int类型的var变量，因为表达式foo()是int类型的。由于表达式不会被执行，所以不会调用foo函数。

零长数组

零长数组，又叫柔性数组。而它的作用主要就是为了满足需要变长度的结构体，因此有时也习惯性地称为变长数组。

用法：在一个结构体的最后, 申明一个长度为0的数组, 就可以使得这个结构体是可变长的。

对于编译器来说, 此时长度为0的数组并不占用空间, 因为数组名本身不占空间, 它只是一个偏移量, 数组名这个符号本身代表了一个不可修改的地址常量

结构体中定义零长数组：

<mm/percpu.c>

structpcpu_chunk{structlist_headlist;

unsignedlongpopulated[];/* 变长数组 */};

数据结构最后一个元素被定义为零长度数组，不占结构体空间。这样，我们可以根据对象大小动态地分配结构的大小。

structline{
    int length;charcontents[0];
};

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

如上例所示，struct line数据结构定义了一个int length变量和一个变长数组contents[0]，这个struct line数据结构的大小只包含int类型的大小，不包含contents的大小，也就是**sizeof (struct line) = sizeof (int)**。

创建结构体对象时，可根据实际的需要指定这个可变长数组的长度，并分配相应的空间，如上述实例代码分配了this_length 字节的内存，并且可以通过contents[index]来访问第index个地址的数据。

case范围

GNU C语言支持指定一个case的范围作为一个标签，如：

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

这里low到high表示一个区间范围，在ASCII字符代码中也非常有用。下面是Linux内核中的代码例子。

<arch/x86/platform/uv/tlb_uv.c>

staticintlocal_atoi(constchar*name)

{intval =0;for(;; name++)

{switch(*name)

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

另外，还可以用整形数来表示范围，但是这里需要注意在“...”两边有空格，否则编译会出错。

<drivers/usb/gadget/udc/at91_udc.c>+

staticint at91sam9261_udc_init(struct at91_udc *udc)

{for(i =0; i < NUM_ENDPOINTS; i++) {
        ep = &udc->ep;switch(i) {case0:
                ep->maxpacket =8;break;case1...3:
                ep->maxpacket =64;break;case4...5:
                ep->maxpacket =256;break;
        }
    }
}

标号元素

GNU C语言可以通过指定索引或结构体成员名来初始化，不必按照原来的固定顺序进行初始化。

结构体成员的初始化在 Linux 内核中经常使用，如在设备驱动中初始化file_operations数据结构：

<drivers/char/mem.c>

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,
};

如上述代码中的zero_fops的成员llseek初始化为zero_lseek函数，read成员初始化为new_sync_read函数，依次类推。当file_operations数据结构的定义发生变化时，这种初始化方法依然能保证已知元素的正确性，对于未初始化成员的值为0或者NULL。

可变参数宏

在GNU C语言中，宏可以接受可变数目的参数，主要用在输出函数里。例如：

<include/linux/printk.h>#definepr_debug(fmt, ...) \dynamic_pr_debug(fmt,##__VA_ARGS__)

“...”代表一个可以变化的参数表，“__VA_ARGS__”是编译器保留字段，预处理时把参数传递给宏。当宏的调用展开时，实际参数就传递给dynamic_pr_debug函数了。

函数属性

GNU C语言允许声明函数属性（Function Attribute）、变量属性（Variable Attribute）和类型属性（Type Attribute），以便编译器进行特定方面的优化和更仔细的代码检查。特殊属性语法格式为：

__attribute__ ((attribute-list))

attribute-list的定义有很多，如noreturn、format以及const等。此外，还可以定义一些和处理器体系结构相关的函数属性，如ARM体系结构中可以定义interrupt、isr等属性。

下面是Linux内核中使用format属性的一个例子。

<drivers/staging/lustru/include/linux/libcfs/>intlibcfs_debug_msg(struct libcfs_debug_msg_data *msgdata,constchar*format1, ...)__attribute__((format (printf,2,3)));

libcfs_debug_msg()函数里声明了一个format函数属性，它会告诉编译器按照printf的参数表的格式规则对该函数参数进行检查。数字2表示第二个参数为格式化字符串，数字3表示参数“...”里的第一个参数在函数参数总数中排在第几个。

noreturn属性告诉编译器，该函数从不返回值，这可以消除一些不必要的警告信息。例如以下函数，函数不会返回：

void__attribute__((noreturn))die(void);

const属性会让编译器只调用该函数一次，以后再调用时只需要返回第一次结果即可，从而提高效率。

staticinlineu32 __attribute_const__read_cpuid_cachetype(void){returnread_cpuid(CTR_EL0);
}

Linux还有一些其他的函数属性，被定义在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))

变量属性和类型属性

变量属性可以对变量或结构体成员进行属性设置。类型属性常见的属性有alignment、packed和sections等。

alignment属性规定变量或者结构体成员的最小对齐格式，以字节为单位。

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

在这个例子中，编译器以8字节对齐的方式来分配qib_user_info这个数据结构。

packed属性可以使变量或者结构体成员使用最小的对齐方式，对变量是以字节对齐，对域是以位对齐。

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

x成员使用了packed属性，它会存储在变量a后面，所以这个结构体一共占用9字节。

内建函数

内建函数以“_builtin_”作为函数名前缀。下面介绍Linux内核常用的一些内建函数。

__builtin_constant_p(x)：判断x是否在编译时就可以被确定为常量。如果x为常量，该函数返回1，否则返回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)：这里的意思是exp==c的概率很大，用来引导GCC编译器进行条件分支预测。开发人员知道最可能执行哪个分支，并将最有可能执行的分支告诉编译器，让编译器优化指令序列，使指令尽可能地顺序执行，从而提高CPU预取指令的正确率。

Linux内核中经常见到likely()和unlikely()函数，本质也是__builtin_expect()：

#defineLIKELY(x)__builtin_expect(!!(x),1)//x很可能为真#defineUNLIKELY(x)__builtin_expect(!!(x),0)//x很可能为假

__builtin_prefetch(const void *addr, int rw, int locality)：主动进行数据预取，在使用地址addr的值之前就把其值加载到cache中，减少读取的延迟，从而提高性能。

该函数可以接受3个参数：

第一个参数addr表示要预取数据的地址；

第二个参数rw表示读写属性，1表示可写，0表示只读；

第三个参数locality表示数据在cache中的时间局部性，其中0表示读取完addr的之后不用保留在cache中，而1～3表示时间局部性逐渐增强。如下面的prefetch()和prefetchw()函数的实现。

<include/linux/prefetch.h>#defineprefetch(x) __builtin_prefetch(x)#defineprefetchw(x) __builtin_prefetch(x,1)

下面是使用prefetch()函数进行优化的一个例子。

<mm/page_alloc.c>void__init __free_pages_bootmem(struct page *page,unsignedintorder){unsignedintnr_pages =1<< order;structpage*p=page;unsignedintloop;
    prefetchw(p);for(loop =0; loop < (nr_pages -1); loop++, p++) {
        prefetchw(p +1);
        __ClearPageReserved(p);
        set_page_count(p,0);
    }
    …
}

在处理struct page数据之前，通过prefetchw()预取到cache中，从而提升性能。

asmlinkage

在标准C语言中，函数的形参在实际传入参数时会涉及参数存放问题。

对于x86架构，函数参数和局部变量被一起分配到函数的局部堆栈里。x86中对asmlinkage的定义：

<arch/x86/include/asm/linkage.h>#defineasmlinkage CPP_ASMLINKAGE __attribute__((regparm(0)))

attribute((regparm(0)))：告诉编译器该函数不需要通过任何寄存器来传递参数，只通过堆栈来传递。

对于ARM来说，函数参数的传递有一套ATPCS标准，即通过寄存器来传递。ARM中的R0～R4寄存器存放传入参数，当参数超过5个时，多余的参数被存放在局部堆栈中。所以，ARM平台没有定义asmlinkage。

<include/linux/linkage.h>#defineasmlinkage CPP_ASMLINKAGE#defineasmlinkage CPP_ASMLINKAGE

UL

在Linux内核代码中，我们经常会看到一些数字的定义使用了UL后缀修饰。

数字常量会被隐形定义为int类型，两个int类型相加的结果可能会发生溢出。

因此使用UL强制把int类型数据转换为unsigned long类型，这是为了保证运算过程不会因为int的位数不同而导致溢出。

1 ：表示有符号整型数字1

UL：表示无符号长整型数字1

转载自：嵌入式Linux充电站文章来源于Linux内核中常用的C语言技巧原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/tim50z93e-E-Jbl08rDY2A