Що ":-!!" в коді С?

Я наткнувся на цей дивний код макросу в /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); }))

Що робить :-!!?

Це, по суті, спосіб перевірити, чи можна вираз e оцінити як 0, а якщо ні, то не вдалося зібрати .

Макрос дещо неправильно названий; це має бути щось більше BUILD_BUG_OR_ZERO, ніж ...ON_ZERO. (Були періодичні дискусії про те, чи це заплутане ім’я .)

Ви повинні прочитати такий вираз:

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

1. (e): Обчислити вираз e.

2. !!(e): Логічно заперечуйте двічі: 0if e == 0; інакше 1.

3. -!!(e): Числове заперечення виразу з кроку 2: 0якщо воно було 0; інакше -1.

4. struct{int: -!!(0);} --> struct{int: 0;}: Якщо він дорівнював нулю, то ми оголосимо структуру з анонімним цілим бітовим полем, яке має нульову ширину. Все добре, і ми проходимо як нормально.

5. struct{int: -!!(1);} --> struct{int: -1;}: З іншого боку, якщо вона не дорівнює нулю, то це буде деяке від’ємне число. Оголошення будь-якого бітового поля з негативною шириною - помилка компіляції.

Таким чином, ми або закінчимо бітполе, яке має ширину 0 в структурі, що добре, або бітове поле з негативною шириною, що є помилкою компіляції. Потім беремо sizeofце поле, тому отримуємо а size_tз відповідною шириною (яка буде нульовою у випадку, коли eдорівнює нулю).

Деякі люди запитували: Чому б не просто використовувати assert?

Відповідь keithmo тут має хорошу відповідь:

Ці макроси реалізують тест часу компіляції, тоді як assert () - тест часу виконання.

Точно правильно. Ви не хочете виявляти проблеми у вашому ядрі під час виконання, які могли бути спіймані раніше! Це критична частина операційної системи. Якою б мірою проблеми були виявлені під час компіляції, тим краще.

Це :бітфілд. Що стосується !!, це логічне подвійне заперечення і тому повертається 0для хибного або 1для істинного. І -знак мінус, тобто арифметичне заперечення.

Це все лише хитрість, щоб змусити компілятора переграти недійсні входи.

Розглянемо BUILD_BUG_ON_ZERO. Коли -!!(e)оцінюється на негативне значення, це створює помилку компіляції. В іншому випадку -!!(e)оцінюється до 0, а бітове поле шириною 0 має розмір 0. А отже, макрос оцінює до size_tзначення зі значенням 0.

На мій погляд, назва слабка, оскільки збірка насправді виходить з ладу, коли вхід не дорівнює нулю.

BUILD_BUG_ON_NULLдуже схожий, але отримує вказівник, а не an int.

Деякі люди, схоже, плутають ці макроси assert().

Ці макроси реалізують тест часу компіляції, тоді assert()як це тест виконання.

Ну, я досить здивований, що альтернативи цьому синтаксису не згадані. Інший поширений (але старший) механізм - викликати функцію, яка не визначена, і покладатися на оптимізатор для складання виклику функції, якщо ваше твердження правильне.

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

Хоча цей механізм працює (доки ввімкнено оптимізацію), він має і зворотній бік не повідомляти про помилку, поки ви не зв’яжете, і в цей час він не зможе знайти визначення функції you_did_something_bad (). Ось чому розробники ядра починають використовувати такі прийоми, як ширини бітового поля негативного розміру та масиви негативного розміру (пізніший з яких припинив ламати складання в GCC 4.4).

В знак співчуття необхідності тверджень про час компіляції GCC 4.3 представив errorатрибут функції, який дозволяє поширюватись на цю стару концепцію, але генерувати помилку часу компіляції з повідомленням на ваш вибір - не більше критичного "масиву негативного розміру "повідомлення про помилки!

#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)

Насправді, як і для Linux 3.9, тепер у нас є макрос, compiletime_assertякий називається, що використовує цю функцію, і більшість макросів у bug.hних були оновлені відповідно. Проте цей макрос не можна використовувати як ініціалізатор. Однак, використовуючи вирази операторів (ще одне розширення GCC C), ви можете!

#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;                                                    \
    })

Цей макрос точно раз оцінить його параметр (у випадку, якщо він має побічні ефекти) та створить помилку під час компіляції, яка говорить "Я сказав вам не давати мені п'ять!" якщо вираз оцінюється на п’ять або не є константою часу компіляції.

То чому ми не використовуємо це замість бітових полів негативного розміру? На жаль, в даний час існує багато обмежень щодо використання виразів заяви, включаючи їх використання в якості постійних ініціалізаторів (для констант перерахунку, ширини бітового поля тощо), навіть якщо вираз твердження повністю постійний сам (тобто може бути повністю оцінений під час компіляції та іншим чином проходить __builtin_constant_p()тест). Крім того, їх не можна використовувати поза функціональним тілом.

Сподіваємось, GCC скоро виправить ці недоліки і дозволить використовувати постійні вирази операторів як постійні ініціалізатори. Завдання тут - специфікація мови, яка визначає, що є юридичним постійним виразом. C ++ 11 додав ключове слово constexpr лише для цього типу або речі, але в C11 не існує жодного аналога. Хоча C11 отримав статичні твердження, які вирішать частину цієї проблеми, він не зможе вирішити всі ці недоліки. Тож я сподіваюся, що gcc може зробити функцію constexpr доступною у вигляді розширення через -std = gnuc99 & -std = gnuc11 або якусь подібну та дозволити її використання у виразах висловлювань тощо. ін.

Це створює 0бітфілд розміру, якщо умова хибний, але бітове поле розміру -1( -!!1), якщо умова є істинним / ненульовим. У першому випадку помилки немає і структура ініціалізується з int-членом. В останньому випадку виникає помилка компіляції (і -1, звичайно, не створюється така річ, як бітфілд розміру ).