Linux Kernel 代码艺术——编译时断言

本系列文章主要写我在阅读Linux内核过程中,关注的比较难以理解但又设计巧妙的代码片段(不关注OS的各个模块的设计思想,此部分我准备写在“深入理解Linux Kernel” 系列文章中),一来通过内核代码复习一下C语言及汇编语言的语法,二来学习内核开发大牛们书写代码的风格及思路。

在内核文件 include/linux/bug.h中,有下面两行的宏定义:

以第一个分析,它表示的是:检查表达式e是否为0,为0编译通过且返回0;如果不为0,则编译不通过。

可能从这个宏的名字上看可能容易理解错,或者改为“BUILD_BUG_OR_ZERO”更好,关于这个的讨论有人也提交这个patch(http://lkml.indiana.edu/hypermail/linux/kernel/0703.1/1546.html),但未能被社区接受。我们且不管这个宏定义名字怎样,来逐步分析一下这个宏是如何来实现的:

sizeof(struct { int : –!!(e); } ))

1. (e): 表达式e的声明

2. !!(e): 对e的结果进行两次求非。即如果e开始是0的话,结果就是0;如果e不为0,则结果为1。

3. –!!(e): 再乘以-1。如果第2步结果为0,则仍为0;否则结果为-1。

4. struct { int : –!!(0); }  –>  struct { int : 0; } : 如果e的结果为0,则我们声明一个结构体拥有一个int型的数据域,并且规定它所占的位的个数为0。这没有任何问题,我们认为一切正常。

5. struct { int : –!!(1); }  –>  struct { int : –1; } : 如果e的结果非0,结构体的int型数据域的位域将变为一个负数,将位域声明为负数这是一个语法的错误。

6. 现在要么结果为声明了一个位域为0的结构体,要么出现位域为负数编译出错;如果能正确编译,然后我们对该结构体进行sizeof操作,得到一个类型为size_t的结果,值为0。

再总结一下,BUILD_BUG_ON_ZERO(e) 表示的就是若表达式e结果为0,则编译通过,该宏的值也为0;若表达式e的结果不为0,则编译不通过。

这会让人联想到C语言中 assert 宏的用法:

void assert(int expression);

如果参数expression 计算的结果为0,它先向stderr打印一条出错信息,然后通过调用 abort 来终止程序运行;否则断言成立,继续执行。

我们讨论的宏与assert本质区别在于,我们的宏在编译时进行测试,而assert宏是在运行时测试。我们希望能尽早地捕获到我们编译时的错误,而不是推迟到运行时。我管这种宏用法叫做“编译时断言”,assert为“运行时断言”。

理解了上面之后,再来看看第二个BUILD_BUG_ON_NULL(e)宏,与第一个类似,用来在编译时断言e是否为NULL,若是这个宏返回(void *)0 (即NULL,与第一个宏的区别);不为NULL时编译出错。

除了上面的两个编译时断言之外,include/linux/bug.h文件中还有另几个大家可以思考表示何意,如:

含义可以参考文件中宏定义的注释说明。

参考资料:

http://blog.csdn.net/jiyucn/article/details/862085   C语言中关于结构体位域的详细说明

http://blog.csdn.net/jiyucn/article/details/862062   C语言中sizeof相关问题

http://www.cplusplus.com/reference/cassert/assert/   assert用法说明

http://stackoverflow.com/questions/9229601/what-is-in-c-code   问题及解答均来源于Stackoverflow

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