[笨叔点滴9] GNU GCC扩展2

“ 饭店老板算了算饭钱笑着说：小姑凉，一共201块，算你200

小花想了想问道：那我问一下，如果是204块的话，老师你会怎么算？

老板楞了一下：也算你200

小花点点头，那麻烦你再给我一听可乐

老板：？？？

”

虽然是个笑话，但是现在国人聪明的人太多，像笨叔这么笨的人已经很少见了。

昨天不少小伙伴问笨叔，为啥没有笨9，直接笨10了？

哈哈，这是小秘密

本次点滴，我们继续GNU GCC扩展吧！

01 GCC扩展吧

—

5) 可变参数宏

在GNU C语言中，宏可以接受可变数目的参数，这个主要运用在输出函数里。

<include/linux/printk.h>

define pr_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。

6) 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))

GNU C语言里定义的函数属性有很多，如noreturn、format以及const等。另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，有兴趣的读者可以参阅GCC的相关文档。

下面是Linux内核中使用format属性的一个例子。

<drivers/staging/lustru/include/linux/libcfs/>

int libcfs_debug_msg(structlibcfs_debug_msg_data *msgdata,

             const char*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2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属性通知编译器，该函数从不返回值。这让编译器消除不必要的警告信息。比如die函数，这函数不会返回。

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就可以了，从而提高效率。

static inline u32__attribute_const__ read_cpuid_cachetype(void)

{

 return read_cpuid(CTR_EL0);

}

Linux还有其他一些函数属性，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)))

define noinline __attribute__((noinline))

define attribute_const __attribute__((__const__))

define __maybe_unused __attribute__((unused))

define __always_unused __attribute__((unused))

7) 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。

struct qib_user_info {

 __u32 spu_userversion;

 __u64 spu_base_info;

} __aligned(8);

       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（field）是以位对齐的。

struct test

{

 char a;

  int x[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个字节。

8) 内建函数

GNU C语言提供一系列内建函数进行优化，这些内建函数以“_builtin_”作为函数名前缀。下面介绍一些Linux内核常用的内建函数。

__builtin_constant_p(x)：判断x是否在编译时就可以确定为常量。如果x为常量，该函数返回1，否则返回0。

define __swab16(x) \

 (__builtin_constant_p((__u16)(x)) ?    \

 ___constant_swab16(x) :        \

 __fswab16(x))

                                             

__builtin_expect(exp, c)：这里意思是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，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。

define LIKELY(x)__builtin_expect(!!(x), 1) //x很可能为真

define UNLIKELY(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中了，减少读取的延迟，从而提高性能。该函数可以接受三个参数，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>

define prefetch(x)__builtin_prefetch(x)

define prefetchw(x)__builtin_prefetch(x,1)

下面是使用prefetch()函数来优化的一个例子。

<mm/page_alloc.c>

void __init__free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)

{

 unsigned int nr_pages = 1 << order;

 struct page *p = page;

 unsigned int loop;



 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()来先预取到cache中，从而提升性能。

9) asmlinkage

在标准C语言中，函数的形参在实际传入参数时会涉及到参数存放问题。对于x86，函数参数和局部变量一起分配到函数的局部堆栈里。

<arch/x86/include/asm/linkage.h>

define asmlinkageCPP_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的。ARM中的R0~R4寄存器存放传入参数，当参数超过5个时多余的参数存放在局部堆栈中。所以，ARM平台没有定义asmlinkage。

<include/linux/linkage.h>

define asmlinkageCPP_ASMLINKAGE

define asmlinkageCPP_ASMLINKAGE

10) UL

在Linux内核代码中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

1UL： 表示无符号长整型数字1