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【ARM 嵌入式 C 入门及渐进 3 -- GCC attribute 使用】

發(fā)布時間：2023/12/20 编程问答 28 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了【ARM 嵌入式 C 入门及渐进 3 -- GCC __attribute__ 使用】小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

文章目錄

- 1.1 __attribute__((weak))
- - 1.1.1 弱符號的聲明
  - 1.1.2 代碼演示
  - 1.1.3 編譯與輸出
- 1.2 extern "C"
- - 1.2.1 補充介紹
  - 1.2.2 作用場景
- 1.3 `__attribute__((used))`
- 1.4 `__read_mostly`
- 1.5 likely/unlikely

1.1 attribute((weak))

弱符號，這涉及到編譯中符號的概念。在Linux開發(fā)環(huán)境中，有強符號和弱符號，符號簡單來說就是函數(shù)、變量的名字，對于全局（非局部、非static）的函數(shù)和變量，能不能重名是有一定規(guī)矩的，強、弱符號就是針對這些全局函數(shù)和變量來說的。

符號類型對象

強	函數(shù)名，賦初值的全局變量
弱	未初始化的全局變量

當代碼中同時存在多個強或弱的全局變量時，要遵守如下規(guī)則：

強符號只能定義一次，否則編譯錯誤
強弱符號同時存在，以強符號為準
沒有強符號，則從多個弱符號中任選一個，用 –fno-common 編譯選項可以在這種情況下打出 warning。

1.1.1 弱符號的聲明

弱符號的聲明有兩種方式
第一種，用 __attribute__((weak)) 修飾，例如:

void __attribute__((weak)) func(void); extern int __attribute__((weak)) var; //直接聲明為弱函數(shù)

第二種，用 #pragma weak 標記，例如：

#pragma weak func

1.1.2 代碼演示

main.c 這個文件中 main 函數(shù)調(diào)用了 2 個聲明為弱符號的函數(shù)，它們是 weak0 和weak1 ：

#include <stdio.h>void __attribute__((weak)) weak0(void); void __attribute__((weak)) weak1(void);int main(int argc, char **argv) {/* 嘗試調(diào)用弱符號函數(shù) weak0 */if (weak0) {weak0();} else {printf("weak0=%p\n", weak0);}/* 嘗試調(diào)用弱符號函數(shù) weak1 */if (weak1) {weak1();} else{printf("weak1=%p\n", weak1);}return 0; }

weak.c 這個文件中定義了2個函數(shù)（它們還是weak0和weak1），并強制聲明為弱符號：

#include <stdio.h>/* 標記 weak0 為弱符號 */ #pragma weak weak0 /* 標記 weak1 為弱符號 */ 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 重復定義兩個強函數(shù)：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 編譯與輸出

編譯 gcc main.c strong.c weak.c
弱符號鏈接成功時，可以被正常調(diào)用。
當強符號定義出現(xiàn)時，弱符號定義不起作用，打印出來的是強函數(shù)的內(nèi)容：

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

1.2 extern “C”

extern “C” 的主要作用就是為了能夠正確實現(xiàn) C++ 代碼調(diào)用其他 C 語言代碼。加上 extern “C” 后，會指示編譯器這部分代碼按C語言（而不是C++）的方式進行編譯。
由于 C++ 支持函數(shù)重載，因此編譯器編譯函數(shù)的過程中會將函數(shù)的參數(shù)類型也加到編譯后的代碼中，而不僅僅是函數(shù)名。
而 C 語言并不支持函數(shù)重載，因此編譯 C 語言代碼的函數(shù)時不會帶上函數(shù)的參數(shù)類型，一般只包括函數(shù)名。

1.2.1 補充介紹

由于C、C++ 編譯器對函數(shù)的編譯處理是不完全相同的，尤其對于 C++ 來說，支持函數(shù)的重載，編譯后的函數(shù)一般是以函數(shù)名和形參類型來命名的。
例如，函數(shù) void fun(int, int)，C++ 編譯后的可能是 _fun_int_int (不同編譯器可能不同，但都采用了類似的機制，用函數(shù)名和參數(shù)類型來命名編譯后的函數(shù)名)；而 C 語言沒有類似的重載機制，一般是利用函數(shù)名來指明編譯后的函數(shù)名的，對應上面的函數(shù)可能會是 _fun 這樣的名字。

1.2.2 作用場景

這個功能主要用在下面的情況：

C++代碼調(diào)用C語言代碼;
在C++的頭文件中使用;
在多個人協(xié)同開發(fā)時，可能有的人比較擅長C語言，而有的人擅長 C++，這樣的情況下也會有用到。

例如，如果模塊 B 要引用模塊A中定義的全局變量和函數(shù)時只需包含模塊A的頭文件即可。這樣模塊 B 中調(diào)用模塊A中的函數(shù)時，在編譯階段，模塊B雖然找不到該函數(shù)，但并不會報錯；它會在鏈接階段從模塊A編譯生成的目標代碼中找到該函數(shù)。
extern 對應的關(guān)鍵字是 static，static 表明變量或者函數(shù)只能在本模塊中使用，因此，被static修飾的變量或者函數(shù)不可能被 extern C 修飾。

1.3 attribute((used))

在普通的 C/C++ 程序中，有的時候為了調(diào)試，我們會特別地注釋掉某個函數(shù)的調(diào)用。然而在編譯時，編譯器會發(fā)現(xiàn)，代碼中實現(xiàn)了一個函數(shù)，但是最終卻沒有調(diào)用它，那么為什么還要寫這個函數(shù)呢？于是會警告。
__attribute__((used))，表示對于這個函數(shù)可能不會調(diào)用它、可能用不到它，編譯器不用進行 warning 提示。
而在嵌入式中中斷函數(shù)都是由內(nèi)部的中斷處理機制通過中斷向量做跳轉(zhuǎn)調(diào)用的，不是開發(fā)人員 “顯式” 去調(diào)用的，因此在一些規(guī)則檢查比較嚴格的編譯器上編譯時，就會出現(xiàn)類似于上面的警告，為了視野干凈我們就添加這個屬性。

向編譯器說明這段代碼有用，即使在沒有用到的情況下編譯器也不會警告！告訴編譯器避免被鏈接器因為未用過而被優(yōu)化掉。

1.4 __read_mostly

在 arch/arm/kernel/process.c 中有如下定義：

unsigned logn stack_chk_guard __read_mostly

參考網(wǎng)上資料了解到 __read_mostly 修飾的變量放在定義為存放在 .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 內(nèi)核被加載時，__read_mostly 修飾的數(shù)據(jù)將自動被存放到 Cache 中，以提高整個系統(tǒng)的執(zhí)行效率。

如果所在的平臺 沒有 Cache，或者雖然有Cache，但并不提供存放數(shù)據(jù)的接口(也就是并不允許人工放置數(shù)據(jù)在Cache中)，這樣定義為 __read_mostly類型的數(shù)據(jù)將不能存放在Linux內(nèi)核中，甚至也不能夠被加載到系統(tǒng)內(nèi)存去執(zhí)行，將造成Linux 內(nèi)核啟動失敗。

解決的方法有兩種:

修改 include/asm/cache.h 中的 __ready_mostly 定義為：#define __read_mostly
修改 arch/xxx/kernel/vmlinux.S，將 .data.read_mostly 段的位置到實際內(nèi)存空間中去，例如放置在 .data 段之后等等。

1.5 likely/unlikely

在看 linux內(nèi)核代碼的時候，經(jīng)常會看到 likely(x) 和 unlikely(x) 宏的使用。那這兩個宏有什么作用呢？

這兩個宏在內(nèi)核中的定義如下：

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

可見這里使用了 gcc 的內(nèi)建函數(shù) __builtin_expect()。

__builtin_expect (long exp, long c) 函數(shù)：
該函數(shù)用來引導 gcc 進行條件分支預測。在一條指令執(zhí)行時，由于流水線的作用，CPU可以同時完成下一條指令的取指，這樣可以提高CPU的利用率。在執(zhí)行條件分支指令時，CPU也會預取下一條執(zhí)行，但是如果條件分支的結(jié)果為跳轉(zhuǎn)到了其他指令，那 CPU 預取的下一條指令就沒用了，這樣就降低了流水線的效率。
另外，跳轉(zhuǎn)指令相對于順序執(zhí)行的指令會多消耗 CPU 時間，如果可以盡可能不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，也可以提高 CPU 性能。

使用 __builtin_expect (long exp, long c) 函數(shù)可以幫助 gcc 優(yōu)化程序編譯后的指令序列，使匯編指令盡可能的順序執(zhí)行，從而提高 CPU 預取指令的正確率和執(zhí)行效率。

__builtin_expect(exp, c) 接受兩個 long 型的參數(shù)，用來告訴 gcc：exp==c 的可能性比較大。
例如，__builtin_expect(exp, 1) 表示程序執(zhí)行過程中，exp 取到 1 的可能性比較大。該函數(shù)的返回值為 exp 自身。

內(nèi)核中 likely(x) 和 unlikely(x) 宏：
知道 __builtin_expect() 函數(shù)的作用之后，我們就知道內(nèi)核中 likely(x) 和 unlikely(x) 宏的作用了，通過 likely(x) 和 unlikely(x) 宏定義，我們可以得出他們的作用：

likely(x) 等價于 x，即 if (likely(x)) 等價于 if (x)，但是它告訴 gcc，x 取 1 的可能性比較大;
unlikely(x) 等價于 x，即 if (unlikely(x))等價于 if (x)，但是它告訴 gcc，x 取 0 的可能性比較大。

推薦閱讀：
https://www.cnblogs.com/xiangtingshen/p/10980055.html
https://www.cnblogs.com/tureno/articles/12236495.html
https://bbs.elecfans.com/jishu_1805890_1_1.html
https://blog.csdn.net/jasonchen_gbd/article/details/44968395

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【ARM 嵌入式 C 入门及渐进 3 -- GCC __attribute__ 使用】的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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