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一、問題

為啥內(nèi)核有的變量沒有初始化就敢直接使用?

二、分析

看上圖，其中的5747行的變量nid的確沒有定義，就直接使用了，這么做沒有問題嗎?

其實大家仔細(xì)看一下，5765行是一個宏，

到內(nèi)核源碼去找該宏的定義：linux-3.14\include\linux\Nodemask.h

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

其中的for_each_node_state又是一個宏， 繼續(xù)跟蹤該宏，有兩處定義

408 #if MAX_NUMNODES > 1 
…… 
429 #define for_each_node_state(__node, __state) \ 
430  for_each_node_mask((__node), node_states[__state]) 
…… 
450 #else  
…… 
470 #define for_each_node_state(node, __state) \ 
471  for ( (node) = 0; (node) == 0; (node) = 1) 
…… 
481 #endif 

究竟是哪一個定義，由條件#if MAX_NUMNODES > 1 來決定，

#ifdef CONFIG_NODES_SHIFT 
#define NODES_SHIFT     CONFIG_NODES_SHIFT 
#else 
#define NODES_SHIFT     0 
#endif 
 
#define MAX_NUMNODES    (1 << NODES_SHIFT) 

因為CONFIG_NODES_SHIFT沒有定義【可以檢索一下內(nèi)核，找不到該宏的定義】，所以NODES_SHIFT 為0

所以 MAX_NUMNODES 為1;

所以 for_each_node_state 定義如下：

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

而此處的 node 對應(yīng) 粉絲截圖的nid， __state 對應(yīng) N_ONLINE

所以5765行代碼，可以展開為

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

可見，nid被定義了。

三、宏定義的注意點(diǎn)

宏定義是一個給定名稱的代碼片段，當(dāng)我們使用這個名稱的時候，預(yù)處理器會自動將其替換為宏定義的內(nèi)容。宏定義有兩種，一種是object-like宏定義，在使用的時候相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)對象;另一種是function-like，在使用的時候就像調(diào)用函數(shù)那樣。

1. 只占用編譯時間

宏展開會使源程序變長，但是宏展開發(fā)生在編譯過程中，不占運(yùn)行時間，只占編譯時間。

宏展開因為在預(yù)處理階段發(fā)生，不會分配內(nèi)存。

2. 宏替換發(fā)生時機(jī)

編譯c源程序的過程：

1. 預(yù)處理
2. 編譯
3. 匯編
4. 連接

宏替換發(fā)生在編譯預(yù)處理階段。

3. 預(yù)處理包括哪些工作

預(yù)處理產(chǎn)生編譯器的輸出，實現(xiàn)功能如下

1)文件包含

把#include中包含的內(nèi)容拓展為文件的正文，即找到.h文件，同時展開到#include所在處

2)條件編譯

根據(jù)#if和#ifdef等編譯命令，將源程序文件中的部分包含進(jìn)來，部分排除，排除在外的一般轉(zhuǎn)換為空行

3)宏展開

將對宏的調(diào)用展開成相對應(yīng)的宏定義

關(guān)于宏定義還有很多其他的知識點(diǎn)，本文暫不深入展開。

四、如何快速展開復(fù)雜的宏定義?

Linux內(nèi)核中通常有很多宏定義，非常的復(fù)雜，對于初學(xué)者來說，經(jīng)常會一頭霧水，那如何快速理解宏定義呢?

一口君教你一個非常方便的方法，讓你直接看透宏定義， 我們以上述代碼為例：

第一步

1. 將要展開的宏先拷貝到c文件中，然后把所有用到的宏定義都拷貝到該文件中;
2. 內(nèi)核中很多的宏都是嵌套的，把嵌套的宏定義都一起拷貝到文件中;
3. 此外內(nèi)核很多的宏會由條件編譯決定，從而導(dǎo)致有多種定義方式， 如果不確定，就把條件編譯一起拷貝過來，

• 如該例所示，MAX_NUMNODES 就被嵌套了多級， 最終宏CONFIG_NODES_SHIFT在內(nèi)核中沒有檢索到，所以該宏沒有定義。

文件如下：123.c

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

第二步

使用以下命令，展開宏定義，

gcc -E  

-E的含義是，編譯預(yù)處理該文件，但是不去生成匯編代碼，只把文件中的宏定義以及包含的頭文件替代，并不會去檢查語法正確與否。

結(jié)果如下：

peng@ubuntu:~/test$ gcc 123.c -E 
# 1 "123.c" 
# 1 "<built-in>" 
# 1 "<command-line>" 
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4 
# 1 "<command-line>" 2 
# 1 "123.c" 
# 28 "123.c" 
static int __build_all_zonelists(void *data) 
{ 
 int nid; 
 int cpu; 
 pg_data_t *self = data; 
 
 for ( (nid) = 0; (nid) == 0; (nid) = 1) { 
  pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid); 
 
  build_zonelists(pgdat); 
  build_zonelist_cache(pgdat); 
 } 
} 

由結(jié)果可知， nid是被賦值為0的。

五、練習(xí)

我們來做一個練習(xí)，展開一下內(nèi)核的waite_event()這個宏

拷貝用到所有宏定義到c文件中。

wait.c

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

編譯與處理結(jié)果如下：

 root@ubuntu:/home/peng/test# gcc wait.c -E 
# 1 "wait.c" 
# 1 "<built-in>" 
# 1 "<command-line>" 
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4 
# 1 "<command-line>" 2 
# 1 "wait.c" 
# 71 "wait.c" 
test() 
{ 
 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); 
} 

函數(shù)test（）整理如下：

test(){ 
 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); 
} 

這就是wait_event()最終被替換后的代碼，你學(xué)會了嗎?

六、16個經(jīng)典宏定義小例子

數(shù)值相關(guān)的宏定義

1 閏年的判斷 ，年份可以整除4并且不能整除100，或者可以整除400，則為閏年;

#define IS_LEAP_YEAR(y) (((((y) % 4) == 0) && (((y) % 100) != 0))  \ 
         || (((y) % 400) == 0))/*判斷是否是閏年*/ 

2 **MAX 與 MIN ** ；

#define MAX(x, y)   (((x) < (y)) ? (y) : (x)) /*兩數(shù)取最大數(shù)*/ 
#define MIN(x, y)   (((x) < (y)) ? (x) : (y)) /*兩數(shù)取最小數(shù)*/ 

3 BCD碼；

#define BCD2HEX(x) (((x) >> 4) * 10 + ((x) & 0x0F))       /*BCD碼轉(zhuǎn)數(shù)值, 20H -> 20*/ 
#define HEX2BCD(x) (((x) % 10) + ((((x) / 10) % 10) << 4))  /*數(shù)值轉(zhuǎn)BCD碼, 20 -> 20H*/ 

4 字符相關(guān)的宏定義

字符范圍判斷

/*字符是否在某個區(qū)間范圍內(nèi)*/ 
#define in_range(c, lo, up)  ((uint8)c >= lo && (uint8)c <= up)   
 
 
#define isprint(c)           in_range(c, 0x20, 0x7f) 
   /*十進(jìn)制內(nèi)字符*/ 
#define isdigit(c)           in_range(c, '0', '9') 
/*十六進(jìn)制內(nèi)字符*/ 
#define isxdigit(c)          (isdigit(c) || in_range(c, 'a', 'f') || in_range(c, 'A', 'F')) 
/*是否是小寫*/ 
#define islower(c)           in_range(c, 'a', 'z')  
/*是否是空格*/ 
#define isspace(c)           (c == ' ' || c == '\f' || c == '\n' || c == '\r' || c == '\t' || c == '\v') 
/*是否為ASCII碼*/ 
#define isascii(c)          ((unsigned) (c) <= 0177)  

5 byte相關(guān)的宏定義

#define MSB(x) (((x) >> 8) & 0xff) /* x占2byte（如short）2byte的高地址的1byte */ 
#define LSB(x) ((x) & 0xff) /* x占2byte（如short）2byte的低地址的1byte*/ 
 
#define MSW(x) (((x) >> 16) & 0xffff) /* x占4byte（如int）  4byte的高地址的2byte */ 
#define LSW(x) ((x) & 0xffff)         
#define WORDSWAP(x) (MSW(x) | (LSW(x) << 16)) /* x占4byte（如int） 低2字節(jié)與高2字節(jié)內(nèi)容交換 */  
 
#define LLSB(x) ((x) & 0xff) /*x占4byte（如int） 取低地址1byte*/      
#define LNLSB(x) (((x) >> 8) & 0xff) 
#define LNMSB(x) (((x) >> 16) & 0xff) 
#define LMSB(x)  (((x) >> 24) & 0xff) 
/*x占4byte（如int） 4字節(jié)逆序*/ 
#define LONGSWAP(x) ((LLSB(x) << 24) \     
     |(LNLSB(x) << 16) \ 
     |(LNMSB(x) << 8) \ 
     |(LMSB(x))) 

6 bit相關(guān)的宏定義

/* 判斷某位是否為1 */ 
#define BIT_IS_1(x,y) (((x)>>(y))&0x01u)    
 
#define SETBITS(x,y,n) (x) = (n) ? ((x)|(1 << (y))) : ((x) &(~(1 << (y)))); 
/* 給某位置反 */ 
#define BIT_INVERSE(x,y)    ((x)=(x)^(1<<(y)))         
/* 字節(jié)串中某BIT值*/ 
#define BIT_OF_BYTES(x, y) (BITS(x[(y)/8], (y)%8)) 
/* 字節(jié)串中設(shè)置某BIT為0 */       
#define SETBITSTO0_OF_BYTES(x, y) (x[(y)/8]) &= (~(1 << ((y)%8))) 
/* 字節(jié)串中設(shè)置某BIT為1 */   
#define SETBITSTO1_OF_BYTES(x, y) (x[(y)/8]) |= (1 << ((y)%8))  

7 數(shù)組與結(jié)構(gòu)體相關(guān)的宏定義

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

8 對齊的宏定義

/*向上對齊，~(align - 1)為對齊掩碼，例如align=8，~(align - 1) = ~7， 
(~7)二進(jìn)制后三位為000，&(~(align - 1)) = &(~7)，就是去掉余數(shù)，使其能被8整除*/ 
#define ALIGN_UP(x, align)  (((int) (x) + (align - 1)) & ~(align - 1))  
/*向下對齊*/ 
#define ALIGN_DOWN(x, align)    ((int)(x) & ~(align - 1)) 
/*是否對齊*/ 
#define ALIGNED(x, align)   (((int)(x) & (align - 1)) == 0) 
 
/*頁面對齊相關(guān)的宏，一頁為4096字節(jié)*/ 
#define PAGE_SIZE         4096 
#define PAGE_MASK         (~(PAGE_SIZE-1)) 
#define PAGE_ALIGN(addr) -(((addr)+PAGE_SIZE-1) & PAGE_MASK) 

9 防止頭文件被重復(fù)包含

#ifndef BODY_H   //保證只有未包含該頭文件才會將其內(nèi)容展開 
 
#define BODY_H 
 
//頭文件內(nèi)容 
 
#endif 

10 得到指定地址上的一個字節(jié)或者一個字

#define MEM_B(x) (*(byte*)(x))    //得到x表示的地址上的一個字節(jié) 
#define MEM_W(x) (*(word*)(x))    //得到x表示的地址上的一個字 

11 得到一個field在結(jié)構(gòu)體中的偏移量

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

12 得到一個結(jié)構(gòu)體中field所占用的字節(jié)數(shù)

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

13 得到一個變量的地址

#defien B_PTR(var) ((byte*)(void*)&(var))   //得到字節(jié)寬度的地址 
#define W_PTR(var) ((word*)(void*)&(var))   //得到字寬度的地址 

14 將一個字母轉(zhuǎn)換成大寫

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

15 防止溢出

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

16 返回數(shù)組元素的個數(shù)

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