Что такое ":-!!" в коде C?

Я наткнулся на этот странный код макроса 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); }))

Что делает :-!!?

По сути, это способ проверить, может ли выражение e быть оценено как 0, а если нет, выполнить сборку .

Макрос несколько неправильно назван; это должно быть что-то более похожее BUILD_BUG_OR_ZERO, чем ...ON_ZERO. (Были случайные дискуссии о том, является ли это запутанное имя .)

Вы должны прочитать выражение так:

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

1. (e): Вычислить выражение e.

2. !!(e)Логически отрицать дважды: 0если e == 0; в противном случае 1.

3. -!!(e): Численно отвергнуть выражение из шага 2: 0если оно было 0; в противном случае -1.

4. struct{int: -!!(0);} --> struct{int: 0;}Если это было ноль, то мы объявляем структуру с анонимным целочисленным битовым полем, который имеет нулевую ширину. Все хорошо, и мы действуем как обычно.

5. struct{int: -!!(1);} --> struct{int: -1;}: С другой стороны, если он не равен нулю, то это будет некоторое отрицательное число. Объявление любого битового поля с отрицательной шириной является ошибкой компиляции.

Таким образом, мы получим либо битовое поле с шириной 0 в структуре, что нормально, либо битовое поле с отрицательной шириной, что является ошибкой компиляции. Затем мы берем sizeofэто поле, поэтому мы получаем a size_tс соответствующей шириной (которая будет равна нулю в случае, когда eноль).

Некоторые люди спрашивают: почему бы просто не использовать assert?

Ответ Кейтмо здесь имеет хороший ответ:

Эти макросы реализуют тест во время компиляции, а assert () - тест во время выполнения.

Абсолютно верно. Вы не хотите обнаруживать проблемы в вашем ядре во время выполнения, которые могли быть обнаружены ранее! Это важная часть операционной системы. В какой-то степени проблемы могут быть обнаружены во время компиляции, тем лучше.

Это :битовое поле. Что касается !!, это логическое двойное отрицание и поэтому возвращает 0ложь или 1истину. И -это знак минус, то есть арифметическое отрицание.

Это всего лишь хитрость, чтобы заставить компилятор заблокировать неверные входные данные.

Посмотрим BUILD_BUG_ON_ZERO. Когда -!!(e)оценивается как отрицательное значение, это приводит к ошибке компиляции. В противном случае -!!(e)оценивается как 0, а битовое поле шириной 0 имеет размер 0. И, следовательно, макрос оценивается как a size_tсо значением 0.

На мой взгляд, это слабое имя, потому что на самом деле сборка завершается неудачно, когда ввод не равен нулю.

BUILD_BUG_ON_NULLочень похоже, но дает указатель, а не int.

Некоторые люди, кажется, путают эти макросы с assert().

Эти макросы реализуют тест во время компиляции, в то время assert()как это тест во время выполнения.

Ну, я весьма удивлен, что альтернативы этому синтаксису не были упомянуты. Другим распространенным (но более старым) механизмом является вызов функции, которая не определена, и использование оптимизатора для компиляции вызова функции, если ваше утверждение верно.

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

Хотя этот механизм работает (при условии, что оптимизация включена), его недостатком является то, что он не сообщает об ошибке до тех пор, пока вы не создадите ссылку, и в этот момент он не может найти определение функции you_did_something_bad (). Вот почему разработчики ядра начали использовать такие приемы, как ширина битового поля отрицательного размера и массивы отрицательного размера (последний из которых прекратил ломать сборки в GCC 4.4).

Сочувствуя необходимости утверждений во время компиляции, GCC 4.3 представил errorатрибут функции, который позволяет вам расширить эту более старую концепцию, но генерирует ошибку времени компиляции с сообщением по вашему выбору - не более загадочный массив отрицательного размера " Сообщения об ошибках!

#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)

Фактически, начиная с Linux 3.9, теперь у нас есть макрос, compiletime_assertкоторый использует эту функцию, и большинство макросов bug.hбыли соответствующим образом обновлены. Тем не менее, этот макрос не может быть использован в качестве инициализатора. Однако, используя выражения выражений (другое C-расширение GCC), вы 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;                                                    \
    })

Этот макрос оценит свой параметр ровно один раз (в случае, если у него есть побочные эффекты) и создаст ошибку во время компиляции, которая говорит: «Я сказал вам не давать мне пять!» если выражение оценивается как пять или не является константой времени компиляции.

Так почему же мы не используем это вместо битовых полей отрицательного размера? Увы, в настоящее время существует много ограничений на использование выражений операторов, в том числе их использование в качестве инициализаторов констант (для констант перечисления, ширины битового поля и т. Д.), Даже если выражение оператора полностью само по себе (т. Е. Может быть полностью оценено). во время компиляции и в противном случае проходит __builtin_constant_p()тест). Кроме того, они не могут использоваться вне функционального тела.

Надеемся, что GCC вскоре исправит эти недостатки и позволит использовать выражения константных выражений в качестве инициализаторов констант. Проблема здесь заключается в спецификации языка, определяющей, что является законным постоянным выражением. C ++ 11 добавил ключевое слово constexpr только для этого типа или вещи, но в C11 не существует аналога. Хотя C11 получил статические утверждения, которые решат часть этой проблемы, он не решит все эти недостатки. Поэтому я надеюсь, что gcc может сделать функциональность constexpr доступной как расширение через -std = gnuc99 & -std = gnuc11 или что-то подобное и разрешить его использование в выражениях выражений et. и др.

Он создает 0битовое поле размера, если условие ложно, но битовое поле размера -1( -!!1), если условие истинно / не равно нулю. В первом случае ошибки нет, и структура инициализируется с помощью члена int. В последнем случае возникает ошибка компиляции (и, -1конечно, не создается такая вещь, как битовое поле размера ).