C语言开发中可能会用到的GNU

Q4MP_gh_c472c21 2021-11-17 1334

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描述

为了方便使用，GNU C在标准C语言的基础上进行了部分方便开发的扩展。

这里讲解一些开发中可能会用到的，或者使用频率比较高的内容。

零长度数组和变量长度数组

GNU C 允许使用零长度数组，比如：

char data[0];

GNU C 允许使用一个变量定义数组的长度如：

int n=0;
scanf("%d",&n);
int array[n];

case 范围

GNU C支持 case x...y这样的语法，[x,y]之间数均满足条件。

case 'a'...'z':  /*from 'a' to 'z'*/
break;

语句表达式

GNU C 把包含在括号中的复合语句看作是一个表达式，称为语句表达式。

 #define min_t(type,x,y)
         ({type __x=(x); type __y=(y);__x<__y?__x:__y;})

这种写法可以避免：

 #define min_t(x,y) ((x)<(y)?(x):(y))

在min_t(x++,++y)中出现的副作用。

typeof 关键字

typeof(x)可以获得x的类型借助typeof关键字我们可以重新定义min_t：

#define min_t(x,y)
    ({typeof(x) __x=(x); typeof(y) __y=(y);__x<__y?__x:__y;})

可变参数宏

GNU C中宏也支持可变参数：

#define pr_debug(fmt,arg...) 
        printk(fmt,##arg)

这里，如果可变参数被忽略或为空，“##”操作将使预处理器去掉它前面的那个逗号。如果你在宏调用时，确实提供了一些可变参数，GNU C也会工作正常，它会把这些可变参数放到逗号的后面。

标号元素

标准C要求数组或结构体的初始化值必须以固定的顺序出现，在GNU C中，通过指定索引或结构体成员名，允许初始化以任意顺序出现。

unsigned char data[MAX] =
{
         [0]=10,
         [10]=100,
};


struct file_operations ext2_file_operations=
{
        open:ext2_open,
        close:ext2_close,
};

在linux 2.6中推荐如下方式：

struct file_operations ext2_file_operations=
{
     .read=ext2_read,
     .write=ext2_write,
};

当前函数名

GNU C中预定义两个标志符保存当前函数的名字，__ FUNCTION __ 保存函数在源码中的名字， __ PRETTY__ FUNCTION __保存带语言特色的名字。在C函数中这两个名字是相同的。

void func_example()
{
     printf("the function name is %s",__FUNCTION__);
}

在C99中支持__ func __ 宏，因此建议使用 __ func __ 替代 __ FUNCTION __ 。

特殊属性声明

GNU C 允许声明函数、变量和类型的特殊属性，以便进行手工的代码优化和定制。如果要指定一个属性声明，只需要在声明后添加__ attribute __((ATTRIBUTE))。其中ATTRIBUTE为属性说明，如果存在多个属性，则以逗号分隔。GNU C 支持noreturn，noinline， always_inline， pure， const， nothrow， format， format_arg， no_instrument_function， section， constructor， destructor， used， unused， deprecated， weak， malloc， alias warn_unused_result nonnull等十个属性。

noreturn属性作用于函数，表示该函数从不返回。这会让编译器优化代码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;

packed属性作用于变量和类型，用于变量或结构域时，表示使用最小可能的对齐，用于枚举、结构或联合类型时表示该类型使用最小的内存。如对于结构体，就是它告诉编译器取消结构在编译过程中的优化对齐，按照实际占用字节数进行对齐。例如：

struct example_struct
{
         char a;
         int b;
         long c;
} __attribute__((packed));

regparm属性用于指定最多可以使用n个寄存器（eax, edx, ecx）传递参数，n的范围是0~3，超过n时则将参数压入栈中（n=0表示不用寄存器传递参数）。

注意：以上这些属性都是在X86处理器体系结构下的，在X64体系结构下，大部分内容都是同样有效的。但是，这里要注意regparm属性，由于在X64体系结构下，GUN C的默认调用约定使用寄存器传递参数。所以，如果regparm属性里使用的寄存器个数超过3个，也仍然会使用其他寄存器来传递参数。这一点要遵循X64体系结构的调用约定。

下面可以看一个例子：

int q = 0x5a;
int t1 = 1;
int t2 = 2;
int t3 = 3;
int t4 = 4;
#define REGPARM3 __attribute((regparm(3)))
#define REGPARM0 __attribute((regparm(0)))
void REGPARM0 p1(int a)
{
     q = a + 1;
}


void REGPARM3 p2(int a, int b, int c, int d)
{
     q = a + b + c + d + 1;
}


int main()
{
    p1(t1);
    p2(t1,t2,t3,t4);
    return 0;
}

使用objdump命令反汇编，相关命令如下：

objdump -D 可执行程序

其中-D选项用于反汇编所有的程序段，包括：代码段、数据段、只读数据段以及一些系统段等等。而-d命令只反汇编代码段的内容。

反汇编后的关键代码如下：

Disassembly of section .text:
0000000000400474 :
  400474:    55                       push   %rbp
  400475:    48 89 e5                 mov    %rsp,%rbp
  400478:    89 7d fc                 mov    %edi,-0x4(%rbp)
  40047b:    8b 45 fc                 mov    -0x4(%rbp),%eax
  40047e:    83 c0 01                 add    $0x1,%eax
  400481:    89 05 3d 04 20 00        mov    %eax,0x20043d(%rip)        # 6008c4 
  400487:    c9                       leaveq 
  400488:    c3                       retq   


0000000000400489 :
  400489:    55                       push   %rbp
  40048a:    48 89 e5                 mov    %rsp,%rbp
  40048d:    89 7d fc                 mov    %edi,-0x4(%rbp)
  400490:    89 75 f8                 mov    %esi,-0x8(%rbp)
  400493:    89 55 f4                 mov    %edx,-0xc(%rbp)
  400496:    89 4d f0                 mov    %ecx,-0x10(%rbp)
  400499:    8b 45 f8                 mov    -0x8(%rbp),%eax
  40049c:    8b 55 fc                 mov    -0x4(%rbp),%edx
  40049f:    8d 04 02                 lea    (%rdx,%rax,1),%eax
  4004a2:    03 45 f4                 add    -0xc(%rbp),%eax
  4004a5:    03 45 f0                 add    -0x10(%rbp),%eax
  4004a8:    83 c0 01                 add    $0x1,%eax
  4004ab:    89 05 13 04 20 00        mov    %eax,0x200413(%rip)        # 6008c4 
  4004b1:    c9                       leaveq 
  4004b2:    c3                       retq   


00000000004004b3 :
  4004b3:    55                       push   %rbp
  4004b4:    48 89 e5                 mov    %rsp,%rbp
  4004b7:    53                       push   %rbx
  4004b8:    8b 05 0a 04 20 00        mov    0x20040a(%rip),%eax        # 6008c8 
  4004be:    89 c7                    mov    %eax,%edi
  4004c0:    e8 af ff ff ff           callq  400474 
  4004c5:    8b 0d 09 04 20 00        mov    0x200409(%rip),%ecx        # 6008d4 
  4004cb:    8b 15 ff 03 20 00        mov    0x2003ff(%rip),%edx        # 6008d0 
  4004d1:    8b 1d f5 03 20 00        mov    0x2003f5(%rip),%ebx        # 6008cc 
  4004d7:    8b 05 eb 03 20 00        mov    0x2003eb(%rip),%eax        # 6008c8 
  4004dd:    89 de                    mov    %ebx,%esi
  4004df:    89 c7                    mov    %eax,%edi
  4004e1:    e8 a3 ff ff ff           callq  400489 
  4004e6:    b8 00 00 00 00           mov    $0x0,%eax
  4004eb:    5b                       pop    %rbx
  4004ec:    c9                       leaveq 
  4004ed:    c3                       retq   
  4004ee:    90                       nop
  4004ef:    90                       nop


Disassembly of section .data:
00000000006008c0 <__data_start>:
  6008c0:    00 00                    add    %al,(%rax)
    ...


00000000006008c4 :
  6008c4:    5a                       pop    %rdx
  6008c5:    00 00                    add    %al,(%rax)
    ...


00000000006008c8 :
  6008c8:    01 00                    add    %eax,(%rax)
    ...


00000000006008cc :
  6008cc:    02 00                    add    (%rax),%al
    ...


00000000006008d0 :
  6008d0:    03 00                    add    (%rax),%eax
    ...


00000000006008d4 :
  6008d4:    04 00                    add    $0x0,%al
    ...

如果读者还记得2.2.3节中，关于GCC基于X64体系结构的调用约定的话，那就很容易可以看出，函数p1和p2都使用寄存器传递参数，顺序就是RDI， RSI， RDX， RCX，这些细节已经跟regparm的规定完全不一致了。所以，在这里作者觉得，regparm已经不起作用了。

来源：https://my.oschina.net/LinuxDaxingxing/blog/751319

责任编辑：haq

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