对于嵌入式软件工程师来说，C 语言可以说是最核心的编程语言。但 Linux GNU C 与 ANSI C 之间其实存在一些差异，一旦用错，很容易触发编译错误或语法陷阱。
Linux 上可用的 C 编译器是 GNU C 编译器，它基于自由软件基金会的编程许可证发布，因此可以自由使用。GNU C 对标准 C 做了一系列扩展，用来增强标准 C 的表达能力。
下面逐个拆解这些扩展特性。
1. 零长度和变量长度数组
GNU C 允许使用零长度数组，在定义变长对象的头部结构时，这个特性非常有用。例如：
struct var_data {
int len;
char data[0];
};
char data[0] 仅仅意味着可以通过 var_data 结构体实例的 data[index] 成员访问 len 之后的第 index 个地址，它并没有为 data[] 数组分配内存，因此 sizeof(struct var_data) = sizeof(int)。
假设 struct var_data 的数据域紧跟在 struct var_data 之后的内存区域中，那么可以通过如下代码遍历这些数据：
struct var_data s;
...
for (i = 0; i < s.len; i++)
printf("%02x", s.data[i]);
GNU C 中也可以使用一个变量来定义数组长度，例如下面的代码中定义的 double x[n]：
int main (int argc, char *argv[])
{
int i, n = argc;
double x[n];
for (i = 0; i < n; i++)
x[i] = i;
return 0;
}
这段代码在标准 C 中是不允许的，因为数组长度必须是编译时常量。
2. case 范围
GNU C 支持 case x...y 这样的语法，区间 [x, y] 中的数都会满足这个 case 的条件。看下面的代码：
switch (ch) {
case '0'... '9': c -= '0';
break;
case 'a'... 'f': c -= 'a' - 10;
break;
case 'A'... 'F': c -= 'A' - 10;
break;
}
代码中的 case '0'... '9' 等价于标准 C 中的：
case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':
case '5': case '6': case '7': case '8': case '9':
显然，GNU C 的写法要简洁得多。
3. 语句表达式
GNU C 把包含在括号中的复合语句看作一个表达式，称为语句表达式。它可以出现在任何允许表达式的地方。我们可以在语句表达式中使用原本只能在复合语句中使用的循环、局部变量等。例如：
#define min_t(type,x,y) \
( ｛ type __x =(x);type __y = (y); __x<__y __x: __y; })
int ia, ib, mini;
float fa, fb, minf;
mini = min_t(int, ia, ib);
minf = min_t(float, fa, fb);
因为重新定义了 __x 和 __y 这两个局部变量，所以用上述方式定义的宏不会有副作用。而在标准 C 中，对应的如下宏则会产生副作用：
#define min(x,y) ((x) < (y) (x) : (y))
比如 min(++ia, ++ib) 会展开为 ((++ia) < (++ib) (++ia) : (++ib))，传入宏的“参数”会增加两次，这显然不是我们想要的结果。
4. typeof 关键字
typeof(x) 语句可以获取 x 的类型，因此可以借助 typeof 重新定义 min 这个宏：
#define min(x,y) ({ \
const typeof(x) _x = (x); \
const typeof(y) _y = (y); \
(void) (&_x == &_y); \
_x < _y _x : _y; })
我们不需要像 min_t(type, x, y) 那个宏那样手动传入 type，因为通过 typeof(x)、typeof(y) 可以直接获得类型。代码行 (void)(&_x == &_y) 的作用是检查 _x 和 _y 的类型是否一致。
5. 可变参数宏
标准 C 支持可变参数函数，这意味着函数的参数个数是不固定的，例如 printf() 函数的原型为：
int printf( const char *format [, argument]... );
而在 GNU C 中，宏也可以接受可变数目的参数，例如：
#define pr_debug(fmt,arg...) \
printk(fmt,##arg)
这里的 arg 表示其余的参数，可以是零个或多个参数。这些参数以及参数之间的逗号构成 arg 的值，在宏扩展时替换 arg。例如下列代码：
pr_debug("%s:%d",filename,line)
会被扩展为：
printk("%s:%d", filename, line)
使用 ## 是为了处理 arg 不代表任何参数的情况。这时，前面的逗号就变得多余了。使用 ## 之后，GNU C 预处理器会丢弃前面的逗号。这样，下列代码：
pr_debug("success!\n")
会被正确地扩展为：
printk("success!\n")
而不是：
printk("success!\n",)
6. 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。而在 GNU C 中，通过指定索引或结构体成员名，允许初始化值以任意顺序出现。
指定数组索引的方法是在初始化值前添加 [INDEX]=，当然也可以用 [FIRST...LAST]= 的形式指定一个范围。例如下面的代码定义了一个数组，并把其中的所有元素赋值为 0：
unsigned char data[MAX] = { [0 ... MAX-1] = 0 };
下面的代码借助结构体成员名初始化结构体：
struct file_operations ext2_file_operations = {
llseek: generic_file_llseek,
read: generic_file_read,
write: generic_file_write,
ioctl: ext2_ioctl,
mmap: generic_file_mmap,
open: generic_file_open,
release: ext2_release_file,
fsync: ext2_sync_file,
};
不过，Linux 2.6 推荐类似的代码尽量采用标准 C 的方式：
struct file_operations ext2_file_operations = {
.llseek = generic_file_llseek,
.read = generic_file_read,
.write = generic_file_write,
.aio_read = generic_file_aio_read,
.aio_write = generic_file_aio_write,
.ioct = ext2_ioctl,
.mmap = generic_file_mmap,
.open = generic_file_open,
.release = ext2_release_file,
.fsync = ext2_sync_file,
.readv = generic_file_readv,
.writev = generic_file_writev,
.sendfile = generic_file_sendfile,
};
7. 当前函数名
GNU C 预定义了两个标识符来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 example()
{
printf("This is function:%s", __FUNCTION__);
}
代码中的 __FUNCTION__ 意味着字符串 example。C99 已经支持 __func__ 宏，因此建议在 Linux 编程中不再使用 __FUNCTION__，转而使用 __func__：
void example(void)
{
printf("This is function:%s", __func__);
}
8. 特殊属性声明
GNU C 允许声明函数、变量和类型的特殊属性，以便手动优化代码和定制代码检查的方法。要指定一个声明的属性，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、format、section、aligned、packed 等十多个属性。
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;
format 属性也用于函数，表示该函数使用 printf、scanf 或 strftime 风格的参数。指定 format 属性可以让编译器根据格式串检查参数类型。例如：
asmlinkage int printk(const char * fmt, ...) __attribute__ ((format (printf, 1, 2)));
上述代码中的第 1 个参数是格式串，从第 2 个参数开始都会根据 printf() 函数的格式串规则检查参数。
unused 属性作用于函数和变量，表示该函数或变量可能不会用到，这个属性可以避免编译器产生警告信息。
aligned 属性用于变量、结构体或联合体，指定变量、结构体或联合体的对齐方式，以字节为单位。例如：
struct example_struct {
char a;
int b;
long c;
} __attribute__((aligned(4)));
这表示该结构类型的变量以 4 字节对齐。
packed 属性作用于变量和类型。用于变量或结构体成员时，表示使用最小可能的对齐；用于枚举、结构体或联合体类型时，表示该类型使用最小的内存。例如：
struct example_struct {
char a;
int b;
long c __attribute__((packed));
};
编译器对结构体成员及变量对齐的目的是为了更快地访问结构体成员及变量占据的内存。比如，对于一个 32 位的整型变量，若以 4 字节方式存放（即低两位地址为 00），则 CPU 在一个总线周期内就可以读取 32 位；否则，CPU 需要两个总线周期才能完成读取。
9. 内建函数
GNU C 提供了大量内建函数，其中大部分是标准 C 库函数的 GNU C 编译器内建版本，例如 memcpy() 等，它们与对应的标准 C 库函数功能相同。
不属于库函数的其他内建函数命名通常以 __builtin 开头，如下所示。
内建函数 __builtin_return_address(LEVEL) 返回当前函数或其调用者的返回地址，参数 LEVEL 指定调用栈的级数，如 0 表示当前函数的返回地址，1 表示当前函数的调用者的返回地址。
内建函数 __builtin_constant_p(EXP) 用于判断一个值是否为编译时常数。如果参数 EXP 的值是常数，函数返回 1，否则返回 0。例如，下面的代码可检测第 1 个参数是否为编译时常数，以确定采用参数版本还是非参数版本：
#define test_bit(nr,addr) \
(__builtin_constant_p(nr) \
constant_test_bit((nr),(addr)) : \
variable_test_bit((nr),(addr)))
内建函数 __builtin_expect(EXP, C) 用于为编译器提供分支预测信息，其返回值是整数表达式 EXP 的值，C 的值必须是编译时常数。
Linux 内核编程时常用的 likely() 和 unlikely() 底层调用的 likely_notrace()、unlikely_notrace() 就是基于 __builtin_expect(EXP, C) 实现的：
#define likely_notrace(x) __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely_notrace(x) __builtin_expect(!!(x), 0)
如果代码中出现分支，就可能中断流水线。我们可以通过 likely() 和 unlikely() 来暗示分支容易成立还是不容易成立，例如：
if (likely(!IN_DEV_ROUTE_LOCALNET(in_dev)))
if (ipv4_is_loopback(saddr))
goto e_inval;
在使用 gcc 编译 C 程序的时候，如果加上 -ansi -pedantic 编译选项，就会告诉编译器不使用 GNU 扩展语法。例如对于如下 C 程序 test.c：
struct var_data {
int len;
char data[0];
};
struct var_data a;
直接编译可以通过：
gcc -c test.c
如果使用 -ansi -pedantic 编译选项，编译会报警：
gcc -ansi -pedantic -c test.c
test.c:3: warning: ISO C forbids zero-size array 'data'
以上就是 GNU C 相比 ANSI C 的主要扩展点。对于嵌入式 Linux 开发来说，这些特性在阅读内核代码或编写驱动时经常会碰到，搞清楚它们与标准 C 的差异，可以少踩不少坑。
发表于 昨天 02:10
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