Linux Kernel 程式碼藝術——編譯時斷言

本系列文章主要寫我在閱讀Linux核心過程中，關注的比較難以理解但又設計巧妙的程式碼片段（不關注OS的各個模組的設計思想，此部分我準備寫在“深入理解Linux Kernel” 系列文章中），一來通過核心程式碼複習一下C語言及組合語言的語法，二來學習核心開發大牛們書寫程式碼的風格及思路。

在核心檔案 include/linux/bug.h中，有下面兩行的巨集定義:

以第一個分析，它表示的是：檢查表示式e是否為0，為0編譯通過且返回0；如果不為0，則編譯不通過。

可能從這個巨集的名字上看可能容易理解錯，或者改為“BUILD_BUG_OR_ZERO”更好，關於這個的討論有人也提交這個patch（http://lkml.indiana.edu/hypermail/linux/kernel/0703.1/1546.html），但未能被社群接受。我們且不管這個巨集定義名字怎樣，來逐步分析一下這個巨集是如何來實現的：

sizeof(struct { int : –!!(e); } ))

1. (e): 表示式e的宣告

2. !!(e): 對e的結果進行兩次求非。即如果e開始是0的話，結果就是0；如果e不為0，則結果為1。

3. –!!(e): 再乘以-1。如果第2步結果為0，則仍為0；否則結果為-1。

4. struct { int : –!!(0); }  –>  struct { int : 0; } : 如果e的結果為0，則我們宣告一個結構體擁有一個int型的資料域，並且規定它所佔的位的個數為0。這沒有任何問題，我們認為一切正常。

5. struct { int : –!!(1); }  –>  struct { int : –1; } : 如果e的結果非0，結構體的int型資料域的位域將變為一個負數，將位域宣告為負數這是一個語法的錯誤。

6. 現在要麼結果為宣告瞭一個位域為0的結構體，要麼出現位域為負數編譯出錯；如果能正確編譯，然後我們對該結構體進行sizeof操作，得到一個型別為size_t的結果，值為0。

再總結一下，BUILD_BUG_ON_ZERO(e) 表示的就是若表示式e結果為0，則編譯通過，該巨集的值也為0；若表示式e的結果不為0，則編譯不通過。

這會讓人聯想到C語言中 assert 巨集的用法：

void assert(int expression);

如果引數expression 計算的結果為0，它先向stderr列印一條出錯資訊，然後通過呼叫 abort 來終止程式執行；否則斷言成立，繼續執行。

我們討論的巨集與assert本質區別在於，我們的巨集在編譯時進行測試，而assert巨集是在執行時測試。我們希望能儘早地捕獲到我們編譯時的錯誤，而不是推遲到執行時。我管這種巨集用法叫做“編譯時斷言”，assert為“執行時斷言”。

理解了上面之後，再來看看第二個BUILD_BUG_ON_NULL(e)巨集，與第一個類似，用來在編譯時斷言e是否為NULL，若是這個巨集返回(void *)0 (即NULL，與第一個巨集的區別)；不為NULL時編譯出錯。

除了上面的兩個編譯時斷言之外，include/linux/bug.h檔案中還有另幾個大家可以思考表示何意，如：

含義可以參考檔案中巨集定義的註釋說明。

參考資料：

http://blog.csdn.net/jiyucn/article/details/862085   C語言中關於結構體位域的詳細說明

http://blog.csdn.net/jiyucn/article/details/862062   C語言中sizeof相關問題

http://www.cplusplus.com/reference/cassert/assert/   assert用法說明

http://stackoverflow.com/questions/9229601/what-is-in-c-code   問題及解答均來源於Stackoverflow