从一个简单的宏定义看linux内核的严谨

最近闲来无事，分析下linux kernel里面一些函数都是怎样定义使用的，它们都是怎样避免风险的，从include/linux/kernel.h中挑出一个经典的min宏进行分析一下

（例子一）

从我们最先认识的min函数开始看看，这个函数的作用就是求两个数中小一点的那个

#define min(x, y) ({                                \

typeof(x) _min1 = (x);                        \

typeof(y) _min2 = (y);                        \

(void) (&_min1 == &_min2);                \

_min1 < _min2 ? _min1 : _min2; })

 

1）首先我们可以看到这个宏的定义外面由一个（{}），为什么要这样写呢？其实{}很好理解，因为我们的宏是多个语句，假如没有了这个{}，在一些语句中就会出现歧义，比如 if（a）min（x,y），这样就会出问题，后面的语句它就不会执行了。那么这里为什么在外面还要加一个（）呢，我们来看这个函数的作用，它是用来返回一个较小的数，对，是返回，一般来说对于返回值，我们怎么用？最简单的当然是return了，所以，一般来讲，我们会写return min(x,y);（当然还有很多常用的方法，比如说赋值a=min(x,y)等等）。这个时候你就不难理解我们为什么要加个（）了吧，不过正规的来讲，这是GCC扩展中的一个用法，在GCC扩展中允许吧一个（）内的复合语句看成是一个表达式，称为语句表达式，它可以出现在任何语句表达式可以出现的地方。

2）继续看这个宏，我们知道一般我们使用这个函数的时候，x,y是什么类型的并不清楚，我们是否需要所有的类型都写一个min函数呢？其实不需要，在GCC的扩展中，我们提供了一个宏，称为typeof,它可以获得相应参数的类型，这样就可以不需要因为类型而重写宏了，小方便啊。

再看这两句话：

typeof(x) _min1 = (x);                        \

typeof(y) _min2 = (y);                        \

为什么要把x，y赋值给_min1和_min2然后返回_min1和_min2，而不直接写成(x) < (y)? (x) :(y)呢？这个就是最经典的C语言课本中所说的那个所谓的++的问题了，还需要多说吗？好吧，我说一下吧，因为我也是菜鸟，也记不清当时是在什么地方提到这个东西了，呵呵，不过印象中记得好像是这样说的：假如我写成min(a++,b++),展开成宏就变成了（a++） < (b++)? (a++) :(b++)了，究竟a和b各自++了多少次，大概可以算出来吧，所以我们一定要先把它们赋值给两个局部变量，这样就没有这个问题了。

3）下面再来看一下那个(void) (&_min1 == &_min2);这句话是为了在比较不同类型的时候能够打印一个警告信息。好吧，我试试看，写一个简单测试程序

#include <stdio.h>

 

#define min(x, y) ({                                \

typeof(x) _min1 = (x);                        \

typeof(y) _min2 = (y);                        \

(void) (&_min1 == &_min2);                \

_min1 < _min2 ? _min1 : _min2; })

 

main(){

unsigned long a = 4;

in b = 5;

 

printf("min is %d\n", min(a, b));

}

用gcc编译了一下，果然报下面警告了：

min.c: In function ‘main’:

min.c:14: 警告：比较不相关的指针时缺少类型转换

没有这句话，就不会报这个警告，为什么会这样呢？原来，在比较地址的时候，会发现地址所存值的类型，假如不同的话就会报警告，而在直接比较值的时候，比如上面的_min1 < _min2 ?的时候，会做强制类型转换，而且不会报警告，好吧，我真的很佩服写这段代码的人，太牛了！简单的4,5行代码，竟然有这么多的东西在里面，这叫老夫如何是好啊，继续努力。

（例子二）

在Linux内核中，经常会看到do{}while(0)这样的语句，许多人开始都会疑惑，认为do{}while(0)毫无意义，因为他只会执行一次，加不加do{}while(0)效果是完全一样的，其实do{}while(0)主要用于宏定义中。
这里用一个简单点的宏来演示：
# define SAFE_FREE( p) do { free ( p) ; p = NULL ; } while ( 0)
假设这里去掉do...while(0)，即定义SAFE_FREE为：
# define SAFE_FREE( p) free ( p) ; p = NULL ;
那么以下代码：
if ( NULL ! = p) 
   SAFE_FREE( p) 
else 
  . . .
会被展开为：
if ( NULL ! = p) 
  free ( p) ; p = NULL ; 
else 
  . . .
展开的代码中存在两个问题：
if 分支后面有两个语句，导致else分支没有对应的if，编译失败；
假设没有else分支，则SAFE_FREE中的第二个语句无论if测试是否通过都会执行。


将SAFE_FREE的定义加上{}就可以解决上诉问题了，即：
# define SAFE_FREE( p) { free ( p) ; p = NULL ; }
这样，代码：
if ( NULL ! = p) 
   SAFE_FREE( p) 
else 
  . . .
会被展开为：
if ( NULL ! = p) 
  { free ( p) ; p = NULL ; } 
else 
  . . .
  
但是，在C程序中，每个语句后面加分号是一种约定俗成的习惯，那么，如下代码：
if ( NULL ! = p) 
   SAFE_FREE( p); 
else 
  . . .
将为扩展为：
if ( NULL ! = p) 
  { free ( p) ; p = NULL ; } ; 
else 
  . . .
这样，else分支就有没有对应的if了，编译将无法通过。假设用了do{}while(0)，情况就不一样那个了，同样的代码会被扩展为：
if ( NULL ! = p) 
  do { free ( p) ; p = NULL ; } while ( 0) ; 
else 
  . . .
不会再出现编译问题。do{}while(0)的使用完全是为了保证宏定义的使用者能无编译出错的使用宏，它不对其使用者做任何假设。