Linux Kernel 代碼藝術(shù)——編譯時(shí)斷言

本系列文章主要寫我在閱讀Linux內(nèi)核過程中，關(guān)注的比較難以理解但又設(shè)計(jì)巧妙的代碼片段（不關(guān)注OS的各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)思想，此部分我準(zhǔn)備寫在“深入理解Linux Kernel” 系列文章中），一來通過內(nèi)核代碼復(fù)習(xí)一下C語言及匯編語言的語法，二來學(xué)習(xí)內(nèi)核開發(fā)大牛們書寫代碼的風(fēng)格及思路。

在內(nèi)核文件 include/linux/bug.h中，有下面兩行的宏定義:

?

?

以第一個(gè)分析，它表示的是：檢查表達(dá)式e是否為0，為0編譯通過且返回0；如果不為0，則編譯不通過。

可能從這個(gè)宏的名字上看可能容易理解錯(cuò)，或者改為“BUILD_BUG_OR_ZERO”更好，關(guān)于這個(gè)的討論有人也提交這個(gè)patch（http://lkml.indiana.edu/hypermail/linux/kernel/0703.1/1546.html），但未能被社區(qū)接受。我們且不管這個(gè)宏定義名字怎樣，來逐步分析一下這個(gè)宏是如何來實(shí)現(xiàn)的：

sizeof(struct { int : –!!(e); } ))

1. (e): 表達(dá)式e的聲明

2. !!(e): 對(duì)e的結(jié)果進(jìn)行兩次求非。即如果e開始是0的話，結(jié)果就是0；如果e不為0，則結(jié)果為1。

3. –!!(e): 再乘以-1。如果第2步結(jié)果為0，則仍為0；否則結(jié)果為-1。

4. struct { int : –!!(0); } –> struct { int : 0; } : 如果e的結(jié)果為0，則我們聲明一個(gè)結(jié)構(gòu)體擁有一個(gè)int型的數(shù)據(jù)域，并且規(guī)定它所占的位的個(gè)數(shù)為0。這沒有任何問題，我們認(rèn)為一切正常。

5. struct { int : –!!(1); } –> struct { int : –1; } : 如果e的結(jié)果非0，結(jié)構(gòu)體的int型數(shù)據(jù)域的位域?qū)⒆優(yōu)橐粋€(gè)負(fù)數(shù)，將位域聲明為負(fù)數(shù)這是一個(gè)語法的錯(cuò)誤。

6. 現(xiàn)在要么結(jié)果為聲明了一個(gè)位域?yàn)?的結(jié)構(gòu)體，要么出現(xiàn)位域?yàn)樨?fù)數(shù)編譯出錯(cuò)；如果能正確編譯，然后我們對(duì)該結(jié)構(gòu)體進(jìn)行sizeof操作，得到一個(gè)類型為size_t的結(jié)果，值為0。

再總結(jié)一下，BUILD_BUG_ON_ZERO(e) 表示的就是若表達(dá)式e結(jié)果為0，則編譯通過，該宏的值也為0；若表達(dá)式e的結(jié)果不為0，則編譯不通過。

這會(huì)讓人聯(lián)想到C語言中 assert 宏的用法：

void assert(int expression);

如果參數(shù)expression 計(jì)算的結(jié)果為0，它先向stderr打印一條出錯(cuò)信息，然后通過調(diào)用 abort 來終止程序運(yùn)行；否則斷言成立，繼續(xù)執(zhí)行。

我們討論的宏與assert本質(zhì)區(qū)別在于，我們的宏在編譯時(shí)進(jìn)行測(cè)試，而assert宏是在運(yùn)行時(shí)測(cè)試。我們希望能盡早地捕獲到我們編譯時(shí)的錯(cuò)誤，而不是推遲到運(yùn)行時(shí)。我管這種宏用法叫做“編譯時(shí)斷言”，assert為“運(yùn)行時(shí)斷言”。

理解了上面之后，再來看看第二個(gè)BUILD_BUG_ON_NULL(e)宏，與第一個(gè)類似，用來在編譯時(shí)斷言e是否為NULL，若是這個(gè)宏返回(void *)0 (即NULL，與第一個(gè)宏的區(qū)別)；不為NULL時(shí)編譯出錯(cuò)。

除了上面的兩個(gè)編譯時(shí)斷言之外，include/linux/bug.h文件中還有另幾個(gè)大家可以思考表示何意，如：

含義可以參考文件中宏定義的注釋說明。

參考資料：

http://blog.csdn.net/jiyucn/article/details/862085 C語言中關(guān)于結(jié)構(gòu)體位域的詳細(xì)說明

http://blog.csdn.net/jiyucn/article/details/862062 C語言中sizeof相關(guān)問題

http://www.cplusplus.com/reference/cassert/assert/ assert用法說明

http://stackoverflow.com/questions/9229601/what-is-in-c-code 問題及解答均來源于Stackoverflow