Những gì là ":-!!" trong mã C?

Tôi đã va vào mã macro kỳ lạ này trong /usr/include/linux/kernel.h :

/* Force a compilation error if condition is true, but also produce a
   result (of value 0 and type size_t), so the expression can be used
   e.g. in a structure initializer (or where-ever else comma expressions
   aren't permitted). */
#define BUILD_BUG_ON_ZERO(e) (sizeof(struct { int:-!!(e); }))
#define BUILD_BUG_ON_NULL(e) ((void *)sizeof(struct { int:-!!(e); }))

Không gì :-!!làm gì?

Trên thực tế, đây là một cách để kiểm tra xem biểu thức e có thể được đánh giá là 0 hay không, và nếu không, sẽ thất bại trong quá trình xây dựng .

Macro có phần bị đặt tên sai; nó nên là một cái gì đó giống như BUILD_BUG_OR_ZERO, hơn là ...ON_ZERO. ( Thỉnh thoảng có những cuộc thảo luận về việc liệu đây có phải là một cái tên khó hiểu hay không .)

Bạn nên đọc biểu thức như thế này:

sizeof(struct { int: -!!(e); }))

1. (e): Tính biểu thức e.

2. !!(e): Phủ định logic hai lần: 0if e == 0; bằng cách khác 1.

3. -!!(e): Phủ định số từ biểu thức từ bước 2: 0nếu có 0; bằng cách khác -1.

4. struct{int: -!!(0);} --> struct{int: 0;}: Nếu nó bằng 0, thì chúng tôi khai báo một cấu trúc với một bitfield số nguyên ẩn danh có chiều rộng bằng không. Mọi thứ đều ổn và chúng tôi tiến hành như bình thường.

5. struct{int: -!!(1);} --> struct{int: -1;}: Mặt khác, nếu nó không bằng 0, thì đó sẽ là một số âm. Khai báo bất kỳ bitfield nào có chiều rộng âm là lỗi biên dịch.

Vì vậy, chúng ta sẽ kết thúc với một bitfield có chiều rộng 0 trong một cấu trúc, điều này tốt hoặc một bitfield có chiều rộng âm, đó là một lỗi biên dịch. Sau đó, chúng tôi lấy sizeoftrường đó, vì vậy chúng tôi nhận được a size_tvới chiều rộng phù hợp (sẽ bằng 0 trong trường hợp ebằng 0).

Một số người đã hỏi: Tại sao không chỉ sử dụng một assert?

Câu trả lời của keithmo ở đây có một phản hồi tốt:

Các macro này thực hiện kiểm tra thời gian biên dịch, trong khi khẳng định () là kiểm tra thời gian chạy.

Chính xác. Bạn không muốn phát hiện các vấn đề trong kernel của mình trong thời gian chạy có thể bị bắt trước đó! Đây là một phần quan trọng của hệ điều hành. Ở bất kỳ mức độ nào, các vấn đề có thể được phát hiện tại thời điểm biên dịch, càng nhiều thì càng tốt.

Đây :là một bitfield. Đối với !!, đó là phủ định kép logic và do đó trả về 0sai hoặc 1đúng. Và -là một dấu trừ, tức là phủ định số học.

Tất cả chỉ là một mẹo để đưa trình biên dịch vào barf trên các đầu vào không hợp lệ.

Hãy xem xét BUILD_BUG_ON_ZERO. Khi -!!(e)ước tính giá trị âm, điều đó tạo ra lỗi biên dịch. Mặt khác ước tính -!!(e)thành 0 và bitfield có độ rộng 0 có kích thước bằng 0. Và do đó, macro đánh giá thành a size_tvới giá trị 0.

Tên của tôi yếu theo quan điểm của tôi vì thực tế việc xây dựng thất bại khi đầu vào không bằng không.

BUILD_BUG_ON_NULLlà rất giống nhau, nhưng mang lại một con trỏ chứ không phải là một int.

Một số người dường như nhầm lẫn các macro này với assert().

Các macro này thực hiện kiểm tra thời gian biên dịch, trong khi đó assert()là kiểm tra thời gian chạy.

Chà, tôi khá ngạc nhiên khi các lựa chọn thay thế cho cú pháp này chưa được đề cập. Một cơ chế phổ biến khác (nhưng cũ hơn) là gọi một hàm không được xác định và dựa vào trình tối ưu hóa để biên dịch lệnh gọi hàm nếu khẳng định của bạn là đúng.

#define MY_COMPILETIME_ASSERT(test)              \
    do {                                         \
        extern void you_did_something_bad(void); \
        if (!(test))                             \
            you_did_something_bad(void);         \
    } while (0)

Mặc dù cơ chế này hoạt động (miễn là bật tối ưu hóa), nó có nhược điểm là không báo cáo lỗi cho đến khi bạn liên kết, tại thời điểm đó, nó không tìm thấy định nghĩa cho hàm you_did_s Something_bad (). Đó là lý do tại sao các nhà phát triển nhân bắt đầu sử dụng các thủ thuật như độ rộng trường bit có kích thước âm và các mảng có kích thước âm (sau này đã ngừng phá vỡ các bản dựng trong GCC 4.4).

Để thông cảm cho nhu cầu xác nhận thời gian biên dịch, GCC 4.3 đã giới thiệu errorthuộc tính hàm cho phép bạn mở rộng khái niệm cũ hơn này, nhưng tạo ra lỗi thời gian biên dịch với thông báo bạn chọn - không còn là mảng có kích thước âm "khó hiểu" " thông báo lỗi!

#define MAKE_SURE_THIS_IS_FIVE(number)                          \
    do {                                                        \
        extern void this_isnt_five(void) __attribute__((error(  \
                "I asked for five and you gave me " #number))); \
        if ((number) != 5)                                      \
            this_isnt_five();                                   \
    } while (0)

Trên thực tế, kể từ Linux 3.9, giờ đây chúng ta có một macro được gọi là compiletime_assertsử dụng tính năng này và hầu hết các macro trong bug.hđã được cập nhật tương ứng. Tuy nhiên, macro này không thể được sử dụng như một trình khởi tạo. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng bằng biểu thức câu lệnh (một phần mở rộng C GCC khác), bạn có thể!

#define ANY_NUMBER_BUT_FIVE(number)                           \
    ({                                                        \
        typeof(number) n = (number);                          \
        extern void this_number_is_five(void) __attribute__(( \
                error("I told you not to give me a five!"))); \
        if (n == 5)                                           \
            this_number_is_five();                            \
        n;                                                    \
    })

Macro này sẽ đánh giá tham số của nó chính xác một lần (trong trường hợp nó có tác dụng phụ) và tạo ra lỗi thời gian biên dịch có nội dung "Tôi đã nói với bạn rằng đừng cho tôi năm!" nếu biểu thức ước lượng đến năm hoặc không phải là hằng số thời gian biên dịch.

Vậy tại sao chúng ta không sử dụng cái này thay vì các trường bit có kích thước âm? Than ôi, hiện tại có nhiều hạn chế trong việc sử dụng biểu thức câu lệnh, bao gồm cả việc sử dụng chúng làm bộ khởi tạo không đổi (đối với hằng số enum, độ rộng trường bit, v.v.) ngay cả khi biểu thức câu lệnh hoàn toàn không đổi (nghĩa là có thể được đánh giá đầy đủ tại thời gian biên dịch và mặt khác vượt qua__builtin_constant_p() bài kiểm tra). Hơn nữa, chúng không thể được sử dụng bên ngoài cơ thể chức năng.

Hy vọng, GCC sẽ sớm sửa đổi những thiếu sót này và cho phép các biểu thức câu lệnh không đổi được sử dụng làm công cụ khởi tạo liên tục. Thách thức ở đây là đặc tả ngôn ngữ xác định biểu thức hằng số pháp lý là gì. C ++ 11 đã thêm từ khóa constexpr cho loại hoặc điều này, nhưng không có đối tác tồn tại trong C11. Mặc dù C11 đã nhận được các xác nhận tĩnh, sẽ giải quyết một phần của vấn đề này, nhưng nó sẽ không giải quyết được tất cả những thiếu sót này. Vì vậy, tôi hy vọng rằng gcc có thể cung cấp chức năng constexpr dưới dạng tiện ích mở rộng thông qua -std = gnuc99 & -std = gnuc11 hoặc một số như vậy và cho phép sử dụng nó trên biểu thức câu lệnh et. al.

Nó tạo ra một 0bitfield kích thước nếu điều kiện là sai, nhưng một bitfield kích thước -1( -!!1) nếu điều kiện là đúng / khác không. Trong trường hợp trước, không có lỗi và struct được khởi tạo với một thành viên int. Trong trường hợp thứ hai, có một lỗi biên dịch (và -1dĩ nhiên không có trường hợp nào như bitfield kích thước được tạo ra).