为啥变量没初始化就用了？那是宏定义啊！

一、问题

 

为啥内核有的变量没有初始化就敢直接使用?

二、分析

 

看上图，其中的5747行的变量nid的确没有定义，就直接使用了，这么做没有问题吗?

其实大家仔细看一下，5765行是一个宏，

到内核源码去找该宏的定义：linux-3.14\include\linux\Nodemask.h

1. #define for_each_online_node(node) for_each_node_state(node, N_ONLINE) 

其中的for_each_node_state又是一个宏， 继续跟踪该宏，有两处定义

1. 408 #if MAX_NUMNODES > 1 
2. …… 
3. 429 #define for_each_node_state(__node, __state) \ 
4. 430  for_each_node_mask((__node), node_states[__state]) 
5. …… 
6. 450 #else  
7. …… 
8. 470 #define for_each_node_state(node, __state) \ 
9. 471  for ( (node) = 0; (node) == 0; (node) = 1) 
10. …… 
11. 481 #endif 

究竟是哪一个定义，由条件#if MAX_NUMNODES > 1 来决定，

1. #ifdef CONFIG_NODES_SHIFT 
2. #define NODES_SHIFT     CONFIG_NODES_SHIFT 
3. #else 
4. #define NODES_SHIFT     0 
5. #endif 
6.  
7. #define MAX_NUMNODES    (1 << NODES_SHIFT) 

因为CONFIG_NODES_SHIFT没有定义【可以检索一下内核，找不到该宏的定义】，所以NODES_SHIFT 为0

所以 MAX_NUMNODES 为1;

所以 for_each_node_state 定义如下：

1. 470 #define for_each_node_state(node, __state) \ 
2. 471  for ( (node) = 0; (node) == 0; (node) = 1) 

而此处的 node 对应 粉丝截图的nid， __state 对应 N_ONLINE

所以5765行代码，可以展开为

1. for ( (nid) = 0; (nid) == 0; (nid) = 1) 

可见，nid被定义了。

三、宏定义的注意点

 

宏定义是一个给定名称的代码片段，当我们使用这个名称的时候，预处理器会自动将其替换为宏定义的内容。宏定义有两种，一种是object-like宏定义，在使用的时候相当于一个数据对象;另一种是function-like，在使用的时候就像调用函数那样。

1. 只占用编译时间

宏展开会使源程序变长，但是宏展开发生在编译过程中，不占运行时间，只占编译时间。

宏展开因为在预处理阶段发生，不会分配内存。

2. 宏替换发生时机

编译c源程序的过程：

1. 预处理
2. 编译
3. 汇编
4. 连接

宏替换发生在编译预处理阶段。

3. 预处理包括哪些工作

预处理产生编译器的输出，实现功能如下

1)文件包含

把#include中包含的内容拓展为文件的正文，即找到.h文件，同时展开到#include所在处

2)条件编译

根据#if和#ifdef等编译命令，将源程序文件中的部分包含进来，部分排除，排除在外的一般转换为空行

3)宏展开

将对宏的调用展开成相对应的宏定义

关于宏定义还有很多其他的知识点，本文暂不深入展开。

四、如何快速展开复杂的宏定义?

 

Linux内核中通常有很多宏定义，非常的复杂，对于初学者来说，经常会一头雾水，那如何快速理解宏定义呢?

一口君教你一个非常方便的方法，让你直接看透宏定义， 我们以上述代码为例：

第一步

1. 将要展开的宏先拷贝到c文件中，然后把所有用到的宏定义都拷贝到该文件中;
2. 内核中很多的宏都是嵌套的，把嵌套的宏定义都一起拷贝到文件中;
3. 此外内核很多的宏会由条件编译决定，从而导致有多种定义方式， 如果不确定，就把条件编译一起拷贝过来，

• 如该例所示，MAX_NUMNODES 就被嵌套了多级， 最终宏CONFIG_NODES_SHIFT在内核中没有检索到，所以该宏没有定义。

文件如下：123.c

1. 1  
2.  2  
3.  3 #ifdef CONFIG_NODES_SHIFT 
4.  4 #define NODES_SHIFT     CONFIG_NODES_SHIFT 
5.  5 #else 
6.  6 #define NODES_SHIFT     0 
7.  7 #endif 
8.  8  
9.  9  
10. 10                                                                                                                   
11. 11 #define MAX_NUMNODES    (1 << NODES_SHIFT) 
12. 12  
13. 13  
14. 14  
15. 15  
16. 16 #if MAX_NUMNODES > 1 
17. 17 #define for_each_node_state(__node, __state) \ 
18. 18         for_each_node_mask((__node), node_states[__state]) 
19. 19 #else 
20. 20 #define for_each_node_state(node, __state) \ 
21. 21         for ( (node) = 0; (node) == 0; (node) = 1) 
22. 22 #endif 
23. 23  
24. 24  
25. 25  
26. 26  
27. 27 #define for_each_online_node(node) for_each_node_state(node, N_ONLINE) 
28. 28  
29. 29  
30. 30 static int __build_all_zonelists(void *data) 
31. 31 {    
32. 32     int nid; 
33. 33     int cpu; 
34. 34     pg_data_t *self = data; 
35. 35  
36. 36      
37. 37  
38. 38     for_each_online_node(nid) { 
39. 39         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid); 
40. 40  
41. 41         build_zonelists(pgdat); 
42. 42         build_zonelist_cache(pgdat); 
43. 43     } 
44. 44 } 

第二步

使用以下命令，展开宏定义，

1. gcc -E  

-E的含义是，编译预处理该文件，但是不去生成汇编代码，只把文件中的宏定义以及包含的头文件替代，并不会去检查语法正确与否。

结果如下：

1. peng@ubuntu:~/test$ gcc 123.c -E 
2. # 1 "123.c" 
3. # 1 "<built-in>" 
4. # 1 "<command-line>" 
5. # 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4 
6. # 1 "<command-line>" 2 
7. # 1 "123.c" 
8. # 28 "123.c" 
9. static int __build_all_zonelists(void *data) 
10. { 
11.  int nid; 
12.  int cpu; 
13.  pg_data_t *self = data; 
14.  
15.  for ( (nid) = 0; (nid) == 0; (nid) = 1) { 
16.   pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid); 
17.  
18.   build_zonelists(pgdat); 
19.   build_zonelist_cache(pgdat); 
20.  } 
21. } 

由结果可知， nid是被赋值为0的。

五、练习

 

我们来做一个练习，展开一下内核的waite_event()这个宏

拷贝用到所有宏定义到c文件中。

wait.c

1. 1  
2.  2 #define ___wait_event(wq, condition, state, exclusive, ret, cmd)    \ 
3.  3     ({                                  \ 
4.  4      __label__ __out;                       \ 
5.  5      wait_queue_t __wait;                       \ 
6.  6      long __ret = ret;                      \ 
7.  7      \ 
8.  8      INIT_LIST_HEAD(&__wait.task_list);             \ 
9.  9      if (exclusive)                         \ 
10. 10      __wait.flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE;          \ 
11. 11      else\ 
12. 12      {\ 
13. 13      /* code */                         \ 
14. 14      __wait.flags = 0;                  \ 
15. 15      \ 
16. 16      for (;;) {                         \ 
17. 17      long __int = prepare_to_wait_event(&wq, &__wait, state);\ 
18. 18      \ 
19. 19      if (condition)                     \    
20. 20      break;                     \ 
21. 21      \ 
22. 22      if (___wait_is_interruptible(state) && __int) {        \ 
23. 23      __ret = __int;                 \ 
24. 24          if (exclusive) {               \ 
25. 25              abort_exclusive_wait(&wq, &__wait, \ 
26. 26                      state, NULL);  \ 
27. 27                  goto __out;                \ 
28. 28          }                      \ 
29. 29      break;                     \ 
30. 30      }                          \ 
31. 31      \ 
32. 32          cmd;                           \ 
33. 33      }                              \ 
34. 34      finish_wait(&wq, &__wait);                 \ 
35. 35          __out: __ret;                              \ 
36. 36      })\ 
37. 37     }\ 
38. 38  
39. 39  
40. 40  
41. 41  
42. 42 #define TASK_UNINTERRUPTIBLE    2 
43. 43  
44. 44  
45. 45 #define __wait_event(wq, condition)                 \ 
46. 46     (void)___wait_event(wq, condition, TASK_UNINTERRUPTIBLE, 0, 0,  \ 
47. 47             schedule())\ 
48. 48 \ 
49. 49 \ 
50. 50 wait_event(wq, condition)                   \ 
51. 51         do {                                    \ 
52. 52             if (condition)                          \ 
53. 53                 break;                          \ 
54. 54                     __wait_event(wq, condition);                    \ 
55. 55         } while (0)\ 
56. 56  
57. 57  
58. 58  
59. 59 test() 
60. 60 { 
61. 62     wait_event(wq,flag == 0); 
62. 64 } 

编译与处理结果如下：

1.  root@ubuntu:/home/peng/test# gcc wait.c -E 
2. # 1 "wait.c" 
3. # 1 "<built-in>" 
4. # 1 "<command-line>" 
5. # 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4 
6. # 1 "<command-line>" 2 
7. # 1 "wait.c" 
8. # 71 "wait.c" 
9. test() 
10. { 
11.  do { if (flag == 0) break; (void)({ __label__ __out; wait_queue_t __wait; long __ret = 0; INIT_LIST_HEAD(&__wait.task_list); if (0) __wait.flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE; else { __wait.flags = 0; for (;;) { long __int = prepare_to_wait_event(&wq, &__wait, 2); if (flag == 0) break; if (___wait_is_interruptible(2) && __int) { __ret = __int; if (0) { abort_exclusive_wait(&wq, &__wait, 2, NULL); goto __out; } break; } schedule(); } finish_wait(&wq, &__wait); __out: __ret; }) }; } while (0); 
12. } 

函数test（）整理如下：

1. test(){ 
2.  do {  
3.   if (flag == 0)  
4.   break;  
5.   (void)( 
6.   { 
7.    __label__ __out;  
8.    wait_queue_t __wait;  
9.    long __ret = 0;  
10.    INIT_LIST_HEAD(&__wait.task_list);  
11.    if (0) __wait.flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE;  
12.    else { 
13.     __wait.flags = 0;  
14.  
15.    for (;;)  
16.    {  
17.     long __int = prepare_to_wait_event(&wq, &__wait, 2);  
18.     if (flag == 0)  
19.      break;  
20.     if (___wait_is_interruptible(2) && __int)  
21.     {  
22.      __ret = __int; 
23.      if (0)  
24.      {  
25.       abort_exclusive_wait(&wq, &__wait, 2, NULL);  
26.       goto __out;  
27.      }  
28.      break;  
29.     }  
30.     schedule();  
31.    }  
32.    finish_wait(&wq, &__wait); 
33. __out:  
34.  __ret;  
35.    })  
36.   };  
37.  }while (0); 
38. } 

这就是wait_event()最终被替换后的代码，你学会了吗?

六、16个经典宏定义小例子

 

数值相关的宏定义

1 闰年的判断 ，年份可以整除4并且不能整除100，或者可以整除400，则为闰年;

1. #define IS_LEAP_YEAR(y) (((((y) % 4) == 0) && (((y) % 100) != 0))  \ 
2.          || (((y) % 400) == 0))/*判断是否是闰年*/ 

2 **MAX 与 MIN ** ；

1. #define MAX(x, y)   (((x) < (y)) ? (y) : (x)) /*两数取最大数*/ 
2. #define MIN(x, y)   (((x) < (y)) ? (x) : (y)) /*两数取最小数*/ 

3 BCD码；

1. #define BCD2HEX(x) (((x) >> 4) * 10 + ((x) & 0x0F))       /*BCD码转数值, 20H -> 20*/ 
2. #define HEX2BCD(x) (((x) % 10) + ((((x) / 10) % 10) << 4))  /*数值转BCD码, 20 -> 20H*/ 

4 字符相关的宏定义

字符范围判断

1. /*字符是否在某个区间范围内*/ 
2. #define in_range(c, lo, up)  ((uint8)c >= lo && (uint8)c <= up)   
3.  
4.  
5. #define isprint(c)           in_range(c, 0x20, 0x7f) 
6.    /*十进制内字符*/ 
7. #define isdigit(c)           in_range(c, '0', '9') 
8. /*十六进制内字符*/ 
9. #define isxdigit(c)          (isdigit(c) || in_range(c, 'a', 'f') || in_range(c, 'A', 'F')) 
10. /*是否是小写*/ 
11. #define islower(c)           in_range(c, 'a', 'z')  
12. /*是否是空格*/ 
13. #define isspace(c)           (c == ' ' || c == '\f' || c == '\n' || c == '\r' || c == '\t' || c == '\v') 
14. /*是否为ASCII码*/ 
15. #define isascii(c)          ((unsigned) (c) <= 0177)  

5 byte相关的宏定义

1. #define MSB(x) (((x) >> 8) & 0xff) /* x占2byte（如short）2byte的高地址的1byte */ 
2. #define LSB(x) ((x) & 0xff) /* x占2byte（如short）2byte的低地址的1byte*/ 
3.  
4. #define MSW(x) (((x) >> 16) & 0xffff) /* x占4byte（如int）  4byte的高地址的2byte */ 
5. #define LSW(x) ((x) & 0xffff)         
6. #define WORDSWAP(x) (MSW(x) | (LSW(x) << 16)) /* x占4byte（如int） 低2字节与高2字节内容交换 */  
7.  
8. #define LLSB(x) ((x) & 0xff) /*x占4byte（如int） 取低地址1byte*/      
9. #define LNLSB(x) (((x) >> 8) & 0xff) 
10. #define LNMSB(x) (((x) >> 16) & 0xff) 
11. #define LMSB(x)  (((x) >> 24) & 0xff) 
12. /*x占4byte（如int） 4字节逆序*/ 
13. #define LONGSWAP(x) ((LLSB(x) << 24) \     
14.      |(LNLSB(x) << 16) \ 
15.      |(LNMSB(x) << 8) \ 
16.      |(LMSB(x))) 

6 bit相关的宏定义

1. /* 判断某位是否为1 */ 
2. #define BIT_IS_1(x,y) (((x)>>(y))&0x01u)    
3.  
4. #define SETBITS(x,y,n) (x) = (n) ? ((x)|(1 << (y))) : ((x) &(~(1 << (y)))); 
5. /* 给某位置反 */ 
6. #define BIT_INVERSE(x,y)    ((x)=(x)^(1<<(y)))         
7. /* 字节串中某BIT值*/ 
8. #define BIT_OF_BYTES(x, y) (BITS(x[(y)/8], (y)%8)) 
9. /* 字节串中设置某BIT为0 */       
10. #define SETBITSTO0_OF_BYTES(x, y) (x[(y)/8]) &= (~(1 << ((y)%8))) 
11. /* 字节串中设置某BIT为1 */   
12. #define SETBITSTO1_OF_BYTES(x, y) (x[(y)/8]) |= (1 << ((y)%8))  

7 数组与结构体相关的宏定义

1. /* number of elements in an array */ 
2. #define ARRAY_SIZE(a) (sizeof (a) / sizeof ((a)[0]))         
3. /* byte offset of member in structure*/ 
4. #define MOFFSET(structure, member) ((int) &(((structure *) 0) -> member))    
5. /* size of a member of a structure */ 
6. #define MEMBER_SIZE(structure, member) (sizeof (((structure *) 0) -> member))  

8 对齐的宏定义

1. /*向上对齐，~(align - 1)为对齐掩码，例如align=8，~(align - 1) = ~7， 
2. (~7)二进制后三位为000，&(~(align - 1)) = &(~7)，就是去掉余数，使其能被8整除*/ 
3. #define ALIGN_UP(x, align)  (((int) (x) + (align - 1)) & ~(align - 1))  
4. /*向下对齐*/ 
5. #define ALIGN_DOWN(x, align)    ((int)(x) & ~(align - 1)) 
6. /*是否对齐*/ 
7. #define ALIGNED(x, align)   (((int)(x) & (align - 1)) == 0) 
8.  
9. /*页面对齐相关的宏，一页为4096字节*/ 
10. #define PAGE_SIZE         4096 
11. #define PAGE_MASK         (~(PAGE_SIZE-1)) 
12. #define PAGE_ALIGN(addr) -(((addr)+PAGE_SIZE-1) & PAGE_MASK) 

9 防止头文件被重复包含

1. #ifndef BODY_H   //保证只有未包含该头文件才会将其内容展开 
2.  
3. #define BODY_H 
4.  
5. //头文件内容 
6.  
7. #endif 

10 得到指定地址上的一个字节或者一个字

1. #define MEM_B(x) (*(byte*)(x))    //得到x表示的地址上的一个字节 
2. #define MEM_W(x) (*(word*)(x))    //得到x表示的地址上的一个字 

11 得到一个field在结构体中的偏移量

1. #define OFFSET(type,field) (size_t)&((type*)0->field) 

12 得到一个结构体中field所占用的字节数

1. #define FSIZ(type,field) sizeof(((type*)0)->field) 

13 得到一个变量的地址

1. #defien B_PTR(var) ((byte*)(void*)&(var))   //得到字节宽度的地址 
2. #define W_PTR(var) ((word*)(void*)&(var))   //得到字宽度的地址 

14 将一个字母转换成大写

1. #define UPCASE(c) (((c) >= "a" && (c) <= "z") ? ((c) - 0x20) : (c) ) 

15 防止溢出

1. #define INC_SAT(val) (val = ((val) +1 > (val)) ? (val) + 1 : (val)) 

16 返回数组元素的个数

1. #define ARR_SIZE(a) (sizeof( (a) ) / sizeof(a[0]) ) ) 

原文地址：https://mp.weixin.qq.com/s/A0nVvHDP1IyL3XEBfE53Uw