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这两个简单的C语言宏定义,能够在程序运行前,找到错误代码

gowuye 2024-04-25 04:42 8 浏览 0 评论

今天翻看 Linux 内核源代码时,发现两行非常有意思的C语言代码,如下:

#define BUILD_BUG_ON_ZERO(e) (sizeof(struct { int:-!!(e); }))
#define BUILD_BUG_ON_NULL(e) ((void *)sizeof(struct { int:-!!(e); }))

这两行C语言代码有什么含义呢?

要理解这两行C语言代码,关键就是理解 int:-!!(e) ,但是“:-!!”符号看起来很陌生,C语言中似乎并没有这样的符号。其实不是的,“:-!!”这几个符号都是C语言中的基本符号组成的。

首先,不应该将“:”与 int 剥离,所以 int:-!!(e) 应该这么看,int: (-!!(e)),这就清楚了,显然是位域(bitfield)的定义方法,其中 -!!(e) 是位域的长度。

对于 -!!(e),应该将 e 看作是一个条件表达式,此时 !! 符号可以将其转换为布尔值(即0或者1,读者自己思考原因)。在C语言中,非零即可认为是真,因此 2,3,88 等都看看作真。在本例中,定义位域时,长度不应该超过 int 的宽度,所以如果没有 !! 符号,BUILD_BUG_ON_XX 宏的适用范围就很小了。

现在明白了,!!(e) 的值要么是 0,要么是 1。再考虑前面的负号,-!!(e) 要么是 0,要么是 -1,即对于 int:-!!(e) 来说,只有两种情况:

int: 0
// 或者
int: -1

显然,位域的长度不能是负数,所以如果表达式 e 为真时,宏 BUILD_BUG_ON_XX 就是非法的了,在编译阶段就会报错

“编译时”和“运行时”

从某种程度上来看,上述C语言宏可以看作是编译时的 assert()。有读者可能会问,既然如此,为什么不直接使用 assert(),而是花大力气自定义呢?

读者应该注意“编译时”这个关键词,BUILD_BUG_ON_XX 宏在编译阶段就可以检查错误,这就能确保程序员能够在程序运行之前发现错误,并修改相关的C语言代码。与之对应的, assert() 只能在程序运行时检查错误,程序运行时出错就麻烦了,至少需要程序员编写相应的错误处理逻辑C语言代码。

如果能够在程序开发阶段发现错误,是多么美好的一件事啊。

那 assert() 就没有存在的必要了?暂时还不是,对于 BUILD_BUG_ON_XX 宏中的条件表达式 e,目前的C语言语法只支持常量表达式,对于变量表达式就无能为力了,只能使用 assert(),例如:

int a = 1;
BUILD_BUG_ON_ZERO(1<0); // 合法
BUILD_BUG_ON_ZERO(a<0); // 非法
assert(a<0); // 合法

读者可能会问,BUILD_BUG_ON_XX 宏只能判断常量表达式,那它还有什么应用价值呢?毕竟两个常量的对比谁会弄错呢?BUILD_BUG_ON_XX 宏当然有应用价值,而且还挺好用,下一节将结合实例讨论,敬请关注。

事实上,这种借助C语言语法的实现编译时判断的技巧有很多种,例如:

它们的原理和作用都是类似的,留给读者自己分析了,这里不再赘述。

欢迎在评论区一起讨论,质疑。文章都是手打原创,每天最浅显的介绍C语言、linux等嵌入式开发,喜欢我的文章就关注一波吧,可以看到最新更新和之前的文章哦。

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