【ARM 嵌入式 C 入门及渐进 3 -- GCC __attribute_

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1.1 __attribute__((weak))
- 1.1.1 弱符号的声明
- 1.1.2 代码演示
- 1.1.3 编译与输出
1.2 extern "C"
- 1.2.1 补充介绍
- 1.2.2 作用场景
1.3 `__attribute__((used))`
1.4 `__read_mostly`
1.5 likely/unlikely

1.1 attribute((weak))

弱符号，这涉及到编译中符号的概念。在Linux开发环境中，有强符号和弱符号，符号简单来说就是函数、变量的名字，对于全局（非局部、非static）的函数和变量，能不能重名是有一定规矩的，强、弱符号就是针对这些全局函数和变量来说的。

符号类型	对象
强	函数名，赋初值的全局变量
弱	未初始化的全局变量

当代码中同时存在多个强或弱的全局变量时，要遵守如下规则：

强符号只能定义一次，否则编译错误
强弱符号同时存在，以强符号为准
没有强符号，则从多个弱符号中任选一个，用 –fno-common 编译选项可以在这种情况下打出 warning。

1.1.1 弱符号的声明

弱符号的声明有两种方式
第一种，用 __attribute__((weak)) 修饰，例如:

void __attribute__((weak)) func(void);
extern int __attribute__((weak)) var; //直接声明为弱函数

第二种，用 #pragma weak 标记，例如：

#pragma weak func

1.1.2 代码演示

main.c 这个文件中 main 函数调用了 2 个声明为弱符号的函数，它们是 weak0 和weak1 ：

#include <stdio.h>void __attribute__((weak)) weak0(void);
void __attribute__((weak)) weak1(void);int main(int argc, char **argv) {/* 尝试调用弱符号函数 weak0 */if (weak0) {weak0();} else {printf("weak0=%p\n", weak0);}/* 尝试调用弱符号函数 weak1 */if (weak1) {weak1();} else{printf("weak1=%p\n", weak1);}return 0;
}

weak.c 这个文件中定义了2个函数（它们还是weak0和weak1），并强制声明为弱符号：

#include <stdio.h>/* 标记 weak0 为弱符号 */
#pragma weak weak0
/* 标记 weak1 为弱符号 */
void __attribute__((weak)) weak1(void);static char *label = "weak";
void weak0(void) {printf("[%s]%s is called\n", label, __FUNCTION__);
}
void weak1(void) {printf("[%s]%s is called\n", label, __FUNCTION__);
}

stong.c 重复定义两个强函数：void weak0(void) 和 void weak1(void) ：

#include <stdio.h>static char *label = "strong";
void weak0(void) {printf("[%s]%s is called\n", label, __FUNCTION__);
}void weak1(void) {printf("[%s]%s is called\n", label, __FUNCTION__);
}

1.1.3 编译与输出

编译 gcc main.c strong.c weak.c
弱符号链接成功时，可以被正常调用。
当强符号定义出现时，弱符号定义不起作用，打印出来的是强函数的内容：

$ ./a.exe
[strong]weak0 is called
[strong]weak1 is called

1.2 extern “C”

extern “C” 的主要作用就是为了能够正确实现 C++ 代码调用其他 C 语言代码。加上 extern “C” 后，会指示编译器这部分代码按C语言（而不是C++）的方式进行编译。
由于 C++ 支持函数重载，因此编译器编译函数的过程中会将函数的参数类型也加到编译后的代码中，而不仅仅是函数名。
而 C 语言并不支持函数重载，因此编译 C 语言代码的函数时不会带上函数的参数类型，一般只包括函数名。

1.2.1 补充介绍

由于C、C++ 编译器对函数的编译处理是不完全相同的，尤其对于 C++ 来说，支持函数的重载，编译后的函数一般是以函数名和形参类型来命名的。
例如，函数 void fun(int, int)，C++ 编译后的可能是 _fun_int_int (不同编译器可能不同，但都采用了类似的机制，用函数名和参数类型来命名编译后的函数名)；而 C 语言没有类似的重载机制，一般是利用函数名来指明编译后的函数名的，对应上面的函数可能会是 _fun 这样的名字。

1.2.2 作用场景

这个功能主要用在下面的情况：

C++代码调用C语言代码;
在C++的头文件中使用;
在多个人协同开发时，可能有的人比较擅长C语言，而有的人擅长 C++，这样的情况下也会有用到。

例如，如果模块 B 要引用模块A中定义的全局变量和函数时只需包含模块A的头文件即可。这样模块 B 中调用模块A中的函数时，在编译阶段，模块B虽然找不到该函数，但并不会报错；它会在链接阶段从模块A编译生成的目标代码中找到该函数。
extern 对应的关键字是 static，static 表明变量或者函数只能在本模块中使用，因此，被static修饰的变量或者函数不可能被 extern C 修饰。

1.3 `attribute((used))`

在普通的 C/C++ 程序中，有的时候为了调试，我们会特别地注释掉某个函数的调用。然而在编译时，编译器会发现，代码中实现了一个函数，但是最终却没有调用它，那么为什么还要写这个函数呢？于是会警告。
__attribute__((used))，表示对于这个函数可能不会调用它、可能用不到它，编译器不用进行 warning 提示。
而在嵌入式中中断函数都是由内部的中断处理机制通过中断向量做跳转调用的，不是开发人员 “显式” 去调用的，因此在一些规则检查比较严格的编译器上编译时，就会出现类似于上面的警告，为了视野干净我们就添加这个属性。

向编译器说明这段代码有用，即使在没有用到的情况下编译器也不会警告！告诉编译器避免被链接器因为未用过而被优化掉。

1.4 `__read_mostly`

在 arch/arm/kernel/process.c 中有如下定义：

unsigned logn stack_chk_guard __read_mostly

参考网上资料了解到 __read_mostly 修饰的变量放在定义为存放在 .data.read_mostly 段中。

#if defined(CONFIG_X86) || defined(CONFIG_SPARC64)
#define __read_mostly __attribute__((__section__(".data.read_mostly")))
#else
#define __read_mostly
#endif

Linux 内核被加载时，__read_mostly 修饰的数据将自动被存放到 Cache 中，以提高整个系统的执行效率。

如果所在的平台 没有 Cache，或者虽然有Cache，但并不提供存放数据的接口(也就是并不允许人工放置数据在Cache中)，这样定义为 __read_mostly类型的数据将不能存放在Linux内核中，甚至也不能够被加载到系统内存去执行，将造成Linux 内核启动失败。

解决的方法有两种:

修改 include/asm/cache.h 中的 __ready_mostly 定义为：#define __read_mostly
修改 arch/xxx/kernel/vmlinux.S，将 .data.read_mostly 段的位置到实际内存空间中去，例如放置在 .data 段之后等等。

1.5 likely/unlikely

在看 linux内核代码的时候，经常会看到 likely(x) 和 unlikely(x) 宏的使用。那这两个宏有什么作用呢？

这两个宏在内核中的定义如下：

# define likely(x)  __builtin_expect(!!(x), 1)
# define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)

可见这里使用了 gcc 的内建函数 __builtin_expect()。

__builtin_expect (long exp, long c) 函数：
该函数用来引导 gcc 进行条件分支预测。在一条指令执行时，由于流水线的作用，CPU可以同时完成下一条指令的取指，这样可以提高CPU的利用率。在执行条件分支指令时，CPU也会预取下一条执行，但是如果条件分支的结果为跳转到了其他指令，那 CPU 预取的下一条指令就没用了，这样就降低了流水线的效率。
另外，跳转指令相对于顺序执行的指令会多消耗 CPU 时间，如果可以尽可能不执行跳转，也可以提高 CPU 性能。

使用 __builtin_expect (long exp, long c) 函数可以帮助 gcc 优化程序编译后的指令序列，使汇编指令尽可能的顺序执行，从而提高 CPU 预取指令的正确率和执行效率。

__builtin_expect(exp, c) 接受两个 long 型的参数，用来告诉 gcc：exp==c 的可能性比较大。
例如，__builtin_expect(exp, 1) 表示程序执行过程中，exp 取到 1 的可能性比较大。该函数的返回值为 exp 自身。

内核中 likely(x) 和 unlikely(x) 宏：
知道 __builtin_expect() 函数的作用之后，我们就知道内核中 likely(x) 和 unlikely(x) 宏的作用了，通过 likely(x) 和 unlikely(x) 宏定义，我们可以得出他们的作用：

likely(x) 等价于 x，即 if (likely(x)) 等价于 if (x)，但是它告诉 gcc，x 取 1 的可能性比较大;
unlikely(x) 等价于 x，即 if (unlikely(x))等价于 if (x)，但是它告诉 gcc，x 取 0 的可能性比较大。

推荐阅读：
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