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[笨叔点滴9] GNU GCC扩展2

原创 Linux操作系统 作者:rlk8888 时间:2021-09-18 11:41:10 0 删除 编辑

 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


图片


本次点滴,我们继续GNU GCC扩展吧!


01 GCC扩展吧


 

5)       可变参数宏

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 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() 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

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


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