探究Linux GNU C與ANSI C之間的區(qū)別

Linux 上可用的 C 編譯器是 GNU C 編譯器，它建立在自由軟件基金會(huì)的編程許可證的基礎(chǔ)上，因此可以自由發(fā)布。GNU C對(duì)標(biāo)準(zhǔn)C進(jìn)行一系列擴(kuò)展，以增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)C的功能。

1.零長(zhǎng)度和變量長(zhǎng)度數(shù)組

GNU C允許使用零長(zhǎng)度數(shù)組，在定義變長(zhǎng)對(duì)象的頭結(jié)構(gòu)時(shí)，這個(gè)特性非常有用。例如：

struct var_data {

int len;

char data［0］;

};

char data［0］僅僅意味著程序中通過(guò)var_data結(jié)構(gòu)體實(shí)例的data［index］成員可以訪問(wèn)len之后的第index個(gè)地址，它并 沒(méi)有為data［］數(shù)組分配內(nèi)存，因此sizeof（struct var_data）=sizeof（int）。

假設(shè)struct var_data的數(shù)據(jù)域就保存在struct var_data緊接著的內(nèi)存區(qū)域中，則通過(guò)如下代碼可以遍歷這些數(shù)據(jù)：

struct var_data s;

。。。

for （i = 0; i 《 s.len; i++）

printf（“%02x”， s.data［i］）;

GNU C中也可以使用1個(gè)變量定義數(shù)組，例如如下代碼中定義的“double x［n］”：

int main （int argc， char *argv［］）

{

int i， n = argc;

double x［n］;

for （i = 0; i 《 n; i++）

x［i］ = i;

return 0;

}

2.case范圍

GNU C支持case x…y這樣的語(yǔ)法，區(qū)間［x，y］中的數(shù)都會(huì)滿足這個(gè)case的條件，請(qǐng)看下面的代碼：

switch （ch） {

case ‘0’。。。 ‘9’： c -= ‘0’;

break;

case ‘a(chǎn)’。。。 ‘f’： c -= ‘a(chǎn)’ - 10;

break;

case ‘A’。。。 ‘F’： c -= ‘A’ - 10;

break;

}

代碼中的case‘0’。。?！?’等價(jià)于標(biāo)準(zhǔn)C中的：

case ‘0’： case ‘1’： case ‘2’： case ‘3’： case ‘4’：

case ‘5’： case ‘6’： case ‘7’： case ‘8’： case ‘9’：

3.語(yǔ)句表達(dá)式

GNU C把包含在括號(hào)中的復(fù)合語(yǔ)句看成是一個(gè)表達(dá)式，稱為語(yǔ)句表達(dá)式，它可以出現(xiàn)在任何允許表達(dá)式的地 方。我們可以在語(yǔ)句表達(dá)式中使用原本只能在復(fù)合語(yǔ)句中使用的循環(huán)、局部變量等，例如：

#define min_t（type，x，y）

（ ｛ type _ _x =（x）;type _ _y = （y）; _ _x《_ _y _ _x： _ _y; }）

int ia， ib， mini;

float fa， fb， minf;

mini = min_t（int， ia， ib）;

minf = min_t（float， fa， fb）;

因?yàn)橹匦露x了__xx和__y這兩個(gè)局部變量，所以用上述方式定義的宏將不會(huì)有副作用。在標(biāo)準(zhǔn)C中，對(duì)應(yīng)的如 下宏則會(huì)產(chǎn)生副作用：

#define min（x，y） （（x） 《 （y） （x） ： （y））

代碼min（++ia，++ib）會(huì)展開(kāi)為（（++ia）《（++ib）（++ia）：（++ib）），傳入宏的“參數(shù)”增加兩次。

4.typeof關(guān)鍵字

typeof（x）語(yǔ)句可以獲得x的類(lèi)型，因此，可以借助typeof重新定義min這個(gè)宏：

#define min（x，y） （{ const typeof（x） _x = （x）;

const typeof（y） _y = （y）;

（void） （&_x == &_y）;

_x 《 _y _x ： _y; }）

我們不需要像min_t（type，x，y）那個(gè)宏那樣把type傳入，因?yàn)橥ㄟ^(guò)typeof（x）、typeof（y）可以獲得type。代 碼行（void）（&_x==&_y）的作用是檢查_(kāi)x和_y的類(lèi)型是否一致。

5.可變參數(shù)宏

標(biāo)準(zhǔn)C就支持可變參數(shù)函數(shù)，意味著函數(shù)的參數(shù)是不固定的，例如printf（）函數(shù)的原型為：

int printf（ const char *format ［， argument］。。。 ）;

而在GNU C中，宏也可以接受可變數(shù)目的參數(shù)，例如：

#define pr_debug（fmt，arg.。。）

printk（fmt，##arg）

這里arg表示其余的參數(shù)，可以有零個(gè)或多個(gè)參數(shù)，這些參數(shù)以及參數(shù)之間的逗號(hào)構(gòu)成arg的值，在宏擴(kuò)展時(shí)替換 arg，如下列代碼：

pr_debug（“%s：%d”，filename，line）

會(huì)被擴(kuò)展為：

printk（“%s：%d”， filename， line）

使用“##”是為了處理arg不代表任何參數(shù)的情況，這時(shí)候，前面的逗號(hào)就變得多余了。使用“##”之后，GNU C預(yù) 處理器會(huì)丟棄前面的逗號(hào)，這樣，下列代碼：

pr_debug（“success！

”）

會(huì)被正確地?cái)U(kuò)展為：

printk（“success！

”）

而不是：

printk（“success！

”，）

6.標(biāo)號(hào)元素

標(biāo)準(zhǔn)C要求數(shù)組或結(jié)構(gòu)體的初始化值必須以固定的順序出現(xiàn)，在GNU C中，通過(guò)指定索引或結(jié)構(gòu)體成員名，允許 初始化值以任意順序出現(xiàn)。

指定數(shù)組索引的方法是在初始化值前添加“［INDEX］=”，當(dāng)然也可以用“［FIRST.。.LAST］=”的形式指定一個(gè)范圍。例如，下面的代碼定義了一個(gè)數(shù)組，并把其中的所有元素賦值為0：

unsigned char data［MAX］ = { ［0 。。。 MAX-1］ = 0 };

下面的代碼借助結(jié)構(gòu)體成員名初始化結(jié)構(gòu)體：

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，

};

但是，Linux 2.6推薦類(lèi)似的代碼應(yīng)該盡量采用標(biāo)準(zhǔn)C的方式：

struct file_operations ext2_file_operations = {

.llseek = generic_file_llseek，

.read = generic_file_read，

.write = generic_file_write，

.aio_read = generic_file_aio_read，

.aio_write = generic_file_aio_write，

.ioct = ext2_ioctl，

.mmap = generic_file_mmap，

.open = generic_file_open，

.release = ext2_release_file，

.fsync = ext2_sync_file，

.readv = generic_file_readv，

.writev = generic_file_writev，

.sendfile = generic_file_sendfile，

};

7.當(dāng)前函數(shù)名

GNU C預(yù)定義了兩個(gè)標(biāo)識(shí)符保存當(dāng)前函數(shù)的名字，__FUNCTION__保存函數(shù)在源碼中的名字，__PRETTY_FUNCTION__保存帶語(yǔ)言特色的名字。在C函數(shù)中，這兩個(gè)名字是相同的。

void example（）

{

printf（“This is function：%s”， __FUNCTION__）;

}

代碼中的__FUNCTION__意味著字符串“example”。C99已經(jīng)支持__func__宏，因此建議在Linux編程中不再使用__FUNCTION__，而轉(zhuǎn)而使用__func__：

void example（void）

{

printf（“This is function：%s”， __func__）;

}

8.特殊屬性聲明

GNU C允許聲明函數(shù)、變量和類(lèi)型的特殊屬性，以便手動(dòng)優(yōu)化代碼和定制代碼檢查的方法。要指定一個(gè)聲明的 屬性，只需要在聲明后添加__attribute__（（ATTRIBUTE））。其中ATTRIBUTE為屬性說(shuō)明，如果存在多個(gè)屬 性，則以逗號(hào)分隔。GNU C支持noreturn、format、section、aligned、packed等十多個(gè)屬性。

noreturn屬性作用于函數(shù)，表示該函數(shù)從不返回。這會(huì)讓編譯器優(yōu)化代碼，并消除不必要的警告信息。例如：

# define ATTRIB_NORET __attribute__（（noreturn）） 。。。。 asmlinkage NORET_TYPE void do_exit（long error_code） ATTRIB_NORET;

format屬性也用于函數(shù)，表示該函數(shù)使用printf、scanf或strftime風(fēng)格的參數(shù)，指定format屬性可以讓編譯器根據(jù)格 式串檢查參數(shù)類(lèi)型。例如：

asmlinkage int printk（const char * fmt， 。。。） __attribute__ （（format （printf， 1， 2）））;

上述代碼中的第1個(gè)參數(shù)是格式串，從第2個(gè)參數(shù)開(kāi)始都會(huì)根據(jù)printf（）函數(shù)的格式串規(guī)則檢查參數(shù)。

unused屬性作用于函數(shù)和變量，表示該函數(shù)或變量可能不會(huì)用到，這個(gè)屬性可以避免編譯器產(chǎn)生警告信息。

aligned屬性用于變量、結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合體，指定變量、結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合體的對(duì)齊方式，以字節(jié)為單位，例如：

struct example_struct {

char a;

int b;

long c;

} __attribute__（（aligned（4）））;

表示該結(jié)構(gòu)類(lèi)型的變量以4字節(jié)對(duì)齊。

packed屬性作用于變量和類(lèi)型，用于變量或結(jié)構(gòu)體成員時(shí)表示使用最小可能的對(duì)齊，用于枚舉、結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合體類(lèi)型時(shí)表示該類(lèi)型使用最小的內(nèi)存。例如：

struct example_struct {

char a;

int b;

long c __attribute__（（packed））;

};

編譯器對(duì)結(jié)構(gòu)體成員及變量對(duì)齊的目的是為了更快地訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體成員及變量占據(jù)的內(nèi)存。例如，對(duì) 于一個(gè)32位的整型變量，若以4字節(jié)方式存放（即低兩位地址為00），則CPU在一個(gè)總線周期內(nèi)就可以讀取32 位；否則，CPU需要兩個(gè)總線周期才能讀取32位。

9.內(nèi)建函數(shù)

GNU C提供了大量?jī)?nèi)建函數(shù)，其中大部分是標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)函數(shù)的GNU C編譯器內(nèi)建版本，例如memcpy（）等，它們與對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)函數(shù)功能相同。

不屬于庫(kù)函數(shù)的其他內(nèi)建函數(shù)的命名通常以__builtin開(kāi)始，如下所示。

內(nèi)建函數(shù)__builtin_return_address（LEVEL）返回當(dāng)前函數(shù)或其調(diào)用者的返回地址，參數(shù)LEVEL指定調(diào)用棧的級(jí)數(shù)，如0表示當(dāng)前函數(shù)的返回地址，1表示當(dāng)前函數(shù)的調(diào)用者的返回地址。

內(nèi)建函數(shù)__builtin_constant_p（EXP）用于判斷一個(gè)值是否為編譯時(shí)常數(shù)，如果參數(shù)EXP的值是常數(shù)，函數(shù)返回1，否則返回0。例如，下面的代碼可檢測(cè)第1個(gè)參數(shù)是否為編譯時(shí)常數(shù)以確定采用參數(shù)版本還是非參數(shù)版本：

#define test_bit（nr，addr）

（__builtin_constant_p（nr）

constant_test_bit（（nr），（addr）） ：

variable_test_bit（（nr），（addr）））

內(nèi)建函數(shù)__builtin_expect（EXP，C）用于為編譯器提供分支預(yù)測(cè)信息，其返回值是整數(shù)表達(dá)式EXP的值，C的 值必須是編譯時(shí)常數(shù)。

Linux內(nèi)核編程時(shí)常用的likely（）和unlikely（）底層調(diào)用的likely_notrace（）、unlikely_notrace（）就是基于 __builtin_expect（EXP，C）實(shí)現(xiàn)的。

#define likely_notrace（x） __builtin_expect（?。。▁）， 1） #define unlikely_notrace（x） __builtin_expect（?。。▁）， 0）

若代碼中出現(xiàn)分支，則即可能中斷流水線，我們可以通過(guò)likely（）和unlikely（）暗示分支容易成立還是不容易 成立，例如：

if （likely（！IN_DEV_ROUTE_LOCALNET（in_dev）））

if （ipv4_is_loopback（saddr））

goto e_inval;

在使用gcc編譯C程序的時(shí)候，如果使用“-ansi–pedantic”編譯選項(xiàng)，則會(huì)告訴編譯器不使用GNU擴(kuò)展語(yǔ)法。例如對(duì) 于如下C程序test.c：

struct var_data {

int len;

char data［0］;

};

struct var_data a;

直接編譯可以通過(guò)：

gcc -c test.c

如果使用“-ansi–pedantic”編譯選項(xiàng)，編譯會(huì)報(bào)警：

gcc -ansi -pedantic -c test.c

test.c:3： warning： ISO C forbids zero-size array ‘data’

編輯：jq