为啥变量没初始化就用了？那是宏定义啊！

湛蓝之海

有粉丝提问为啥内核有的变量没有初始化就敢直接使用?本篇就这一问题给大家做详细的介绍。

一、问题
为啥内核有的变量没有初始化就敢直接使用?

二、分析
看上图，其中的5747行的变量nid的确没有定义，就直接使用了，这么做没有问题吗?
其实大家仔细看一下，5765行是一个宏，
到内核源码去找该宏的定义：linux-3.14\include\linux\Nodemask.h

#define for_each_online_node(node) for_each_node_state(node, N_ONLINE)

其中的for_each_node_state又是一个宏， 继续跟踪该宏，有两处定义

408 #if MAX_NUMNODES > 1 
…… 
429 #define for_each_node_state(__node, __state) \ 
430  for_each_node_mask((__node), node_states[__state]) 
…… 
450 #else  
…… 
470 #define for_each_node_state(node, __state) \ 
471  for ( (node) = 0; (node) == 0; (node) = 1) 
…… 
481 #endif

究竟是哪一个定义，由条件#if MAX_NUMNODES > 1 来决定，

#ifdef CONFIG_NODES_SHIFT 
#define NODES_SHIFT   CONFIG_NODES_SHIFT 
#else 
#define NODES_SHIFT   0 
#endif 
 
#define MAX_NUMNODES  (1 << NODES_SHIFT)

因为CONFIG_NODES_SHIFT没有定义【可以检索一下内核，找不到该宏的定义】，所以NODES_SHIFT 为0
所以 MAX_NUMNODES 为1;
所以 for_each_node_state 定义如下：

470 #define for_each_node_state(node, __state) \ 
471  for ( (node) = 0; (node) == 0; (node) = 1)

而此处的 node 对应 粉丝截图的nid， __state 对应 N_ONLINE
所以5765行代码，可以展开为

for ( (nid) = 0; (nid) == 0; (nid) = 1)

可见，nid被定义了。
三、宏定义的注意点
宏定义是一个给定名称的代码片段，当我们使用这个名称的时候，预处理器会自动将其替换为宏定义的内容。宏定义有两种，一种是object-like宏定义，在使用的时候相当于一个数据对象;另一种是function-like，在使用的时候就像调用函数那样。
1. 只占用编译时间
宏展开会使源程序变长，但是宏展开发生在编译过程中，不占运行时间，只占编译时间。
宏展开因为在预处理阶段发生，不会分配内存。
2. 宏替换发生时机
编译c源程序的过程：

• 预处理
  
• 编译
  
• 汇编
  
• 连接
  

宏替换发生在编译预处理阶段。
3. 预处理包括哪些工作
预处理产生编译器的输出，实现功能如下
1)文件包含
把#include中包含的内容拓展为文件的正文，即找到.h文件，同时展开到#include所在处
2)条件编译
根据#if和#ifdef等编译命令，将源程序文件中的部分包含进来，部分排除，排除在外的一般转换为空行
3)宏展开
将对宏的调用展开成相对应的宏定义
关于宏定义还有很多其他的知识点，本文暂不深入展开。
四、如何快速展开复杂的宏定义?
Linux内核中通常有很多宏定义，非常的复杂，对于初学者来说，经常会一头雾水，那如何快速理解宏定义呢?
一口君教你一个非常方便的方法，让你直接看透宏定义， 我们以上述代码为例：
第一步

• 将要展开的宏先拷贝到c文件中，然后把所有用到的宏定义都拷贝到该文件中;
  
• 内核中很多的宏都是嵌套的，把嵌套的宏定义都一起拷贝到文件中;
  
• 此外内核很多的宏会由条件编译决定，从而导致有多种定义方式， 如果不确定，就把条件编译一起拷贝过来，
  

• 如该例所示，MAX_NUMNODES 就被嵌套了多级， 最终宏CONFIG_NODES_SHIFT在内核中没有检索到，所以该宏没有定义。
  

文件如下：123.c

1  
 2  
 3 #ifdef CONFIG_NODES_SHIFT 
 4 #define NODES_SHIFT   CONFIG_NODES_SHIFT 
 5 #else 
 6 #define NODES_SHIFT   0 
 7 #endif 
 8  
 9  
10                                                           
11 #define MAX_NUMNODES  (1 << NODES_SHIFT) 
12  
13  
14  
15  
16 #if MAX_NUMNODES > 1 
17 #define for_each_node_state(__node, __state) \ 
18     for_each_node_mask((__node), node_states[__state]) 
19 #else 
20 #define for_each_node_state(node, __state) \ 
21     for ( (node) = 0; (node) == 0; (node) = 1) 
22 #endif 
23  
24  
25  
26  
27 #define for_each_online_node(node) for_each_node_state(node, N_ONLINE) 
28  
29  
30 static int __build_all_zonelists(void *data) 
31 {  
32   int nid; 
33   int cpu; 
34   pg_data_t *self = data; 
35  
36    
37  
38   for_each_online_node(nid) { 
39     pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid); 
40  
41     build_zonelists(pgdat); 
42     build_zonelist_cache(pgdat); 
43   } 
44 }

第二步
使用以下命令，展开宏定义，

gcc -E

-E的含义是，编译预处理该文件，但是不去生成汇编代码，只把文件中的宏定义以及包含的头文件替代，并不会去检查语法正确与否。
结果如下：

peng@ubuntu:~/test$ gcc 123.c -E 
# 1 "123.c" 
# 1 "<built-in>" 
# 1 "<command-line>" 
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4 
# 1 "<command-line>" 2 
# 1 "123.c" 
# 28 "123.c" 
static int __build_all_zonelists(void *data) 
{ 
 int nid; 
 int cpu; 
 pg_data_t *self = data; 
 
 for ( (nid) = 0; (nid) == 0; (nid) = 1) { 
  pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid); 
 
  build_zonelists(pgdat); 
  build_zonelist_cache(pgdat); 
 } 
}

由结果可知， nid是被赋值为0的。
五、练习
我们来做一个练习，展开一下内核的waite_event()这个宏
拷贝用到所有宏定义到c文件中。
wait.c

1  
 2 #define ___wait_event(wq, condition, state, exclusive, ret, cmd)  \ 
 3   ({                  \ 
 4    __label__ __out;             \ 
 5    wait_queue_t __wait;             \ 
 6    long __ret = ret;            \ 
 7    \ 
 8    INIT_LIST_HEAD(&__wait.task_list);       \ 
 9    if (exclusive)             \ 
10    __wait.flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE;      \ 
11    else\ 
12    {\ 
13    /* code */             \ 
14    __wait.flags = 0;          \ 
15    \ 
16    for (;;) {             \ 
17    long __int = prepare_to_wait_event(&wq, &__wait, state);\ 
18    \ 
19    if (condition)           \  
20    break;           \ 
21    \ 
22    if (___wait_is_interruptible(state) && __int) {    \ 
23    __ret = __int;         \ 
24      if (exclusive) {         \ 
25        abort_exclusive_wait(&wq, &__wait, \ 
26            state, NULL);  \ 
27          goto __out;        \ 
28      }            \ 
29    break;           \ 
30    }              \ 
31    \ 
32      cmd;               \ 
33    }                \ 
34    finish_wait(&wq, &__wait);         \ 
35      __out: __ret;                \ 
36    })\ 
37   }\ 
38  
39  
40  
41  
42 #define TASK_UNINTERRUPTIBLE  2 
43  
44  
45 #define __wait_event(wq, condition)         \ 
46   (void)___wait_event(wq, condition, TASK_UNINTERRUPTIBLE, 0, 0,  \ 
47       schedule())\ 
48 \ 
49 \ 
50 wait_event(wq, condition)           \ 
51     do {                  \ 
52       if (condition)              \ 
53         break;              \ 
54           __wait_event(wq, condition);          \ 
55     } while (0)\ 
56  
57  
58  
59 test() 
60 { 
62   wait_event(wq,flag == 0); 
64 }

编译与处理结果如下：

root@ubuntu:/home/peng/test# gcc wait.c -E 
# 1 "wait.c" 
# 1 "<built-in>" 
# 1 "<command-line>" 
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4 
# 1 "<command-line>" 2 
# 1 "wait.c" 
# 71 "wait.c" 
test() 
{ 
 do { if (flag == 0) break; (void)({ __label__ __out; wait_queue_t __wait; long __ret = 0; INIT_LIST_HEAD(&__wait.task_list); if (0) __wait.flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE; else { __wait.flags = 0; for (;;) { long __int = prepare_to_wait_event(&wq, &__wait, 2); if (flag == 0) break; if (___wait_is_interruptible(2) && __int) { __ret = __int; if (0) { abort_exclusive_wait(&wq, &__wait, 2, NULL); goto __out; } break; } schedule(); } finish_wait(&wq, &__wait); __out: __ret; }) }; } while (0); 
}

函数test（）整理如下：

test(){ 
 do {  
  if (flag == 0)  
  break;  
  (void)( 
  { 
   __label__ __out;  
   wait_queue_t __wait;  
   long __ret = 0;  
   INIT_LIST_HEAD(&__wait.task_list);  
   if (0) __wait.flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE;  
   else { 
  __wait.flags = 0;  
 
   for (;;)  
   {  
  long __int = prepare_to_wait_event(&wq, &__wait, 2);  
  if (flag == 0)  
   break;  
  if (___wait_is_interruptible(2) && __int)  
  {  
   __ret = __int; 
   if (0)  
   {  
    abort_exclusive_wait(&wq, &__wait, 2, NULL);  
    goto __out;  
   }  
   break;  
  }  
  schedule();  
   }  
   finish_wait(&wq, &__wait); 
__out:  
 __ret;  
   })  
  };  
 }while (0); 
}

这就是wait_event()最终被替换后的代码，你学会了吗?
六、16个经典宏定义小例子
数值相关的宏定义
1 闰年的判断 ，年份可以整除4并且不能整除100，或者可以整除400，则为闰年;

#define IS_LEAP_YEAR(y) (((((y) % 4) == 0) && (((y) % 100) != 0))  \ 
     || (((y) % 400) == 0))/*判断是否是闰年*/

2 **MAX 与 MIN ** ；

#define MAX(x, y)   (((x) < (y)) ? (y) : (x)) /*两数取最大数*/ 
#define MIN(x, y)   (((x) < (y)) ? (x) : (y)) /*两数取最小数*/

3 BCD码；

#define BCD2HEX(x) (((x) >> 4) * 10 + ((x) & 0x0F))     /*BCD码转数值, 20H -> 20*/ 
#define HEX2BCD(x) (((x) % 10) + ((((x) / 10) % 10) << 4))  /*数值转BCD码, 20 -> 20H*/

4 字符相关的宏定义
字符范围判断

/*字符是否在某个区间范围内*/ 
#define in_range(c, lo, up)  ((uint8)c >= lo && (uint8)c <= up)   
 
 
#define isprint(c)       in_range(c, 0x20, 0x7f) 
   /*十进制内字符*/ 
#define isdigit(c)       in_range(c, '0', '9') 
/*十六进制内字符*/ 
#define isxdigit(c)      (isdigit(c) || in_range(c, 'a', 'f') || in_range(c, 'A', 'F')) 
/*是否是小写*/ 
#define islower(c)       in_range(c, 'a', 'z')  
/*是否是空格*/ 
#define isspace(c)       (c == ' ' || c == '\f' || c == '\n' || c == '\r' || c == '\t' || c == '\v') 
/*是否为ASCII码*/ 
#define isascii(c)      ((unsigned) (c) <= 0177)

5 byte相关的宏定义

#define MSB(x) (((x) >> 8) & 0xff) /* x占2byte（如short）2byte的高地址的1byte */ 
#define LSB(x) ((x) & 0xff) /* x占2byte（如short）2byte的低地址的1byte*/ 
 
#define MSW(x) (((x) >> 16) & 0xffff) /* x占4byte（如int）  4byte的高地址的2byte */ 
#define LSW(x) ((x) & 0xffff)     
#define WORDSWAP(x) (MSW(x) | (LSW(x) << 16)) /* x占4byte（如int） 低2字节与高2字节内容交换 */  
 
#define LLSB(x) ((x) & 0xff) /*x占4byte（如int） 取低地址1byte*/    
#define LNLSB(x) (((x) >> 8) & 0xff) 
#define LNMSB(x) (((x) >> 16) & 0xff) 
#define LMSB(x)  (((x) >> 24) & 0xff) 
/*x占4byte（如int） 4字节逆序*/ 
#define LONGSWAP(x) ((LLSB(x) << 24) \   
   |(LNLSB(x) << 16) \ 
   |(LNMSB(x) << 8) \ 
   |(LMSB(x)))

6 bit相关的宏定义

/* 判断某位是否为1 */ 
#define BIT_IS_1(x,y) (((x)>>(y))&0x01u)  
 
#define SETBITS(x,y,n) (x) = (n) ? ((x)|(1 << (y))) : ((x) &(~(1 << (y)))); 
/* 给某位置反 */ 
#define BIT_INVERSE(x,y)  ((x)=(x)^(1<<(y)))     
/* 字节串中某BIT值*/ 
#define BIT_OF_BYTES(x, y) (BITS(x[(y)/8], (y)%8)) 
/* 字节串中设置某BIT为0 */     
#define SETBITSTO0_OF_BYTES(x, y) (x[(y)/8]) &= (~(1 << ((y)%8))) 
/* 字节串中设置某BIT为1 */   
#define SETBITSTO1_OF_BYTES(x, y) (x[(y)/8]) |= (1 << ((y)%8))

7 数组与结构体相关的宏定义

/* number of elements in an array */ 
#define ARRAY_SIZE(a) (sizeof (a) / sizeof ((a)[0]))     
/* byte offset of member in structure*/ 
#define MOFFSET(structure, member) ((int) &(((structure *) 0) -> member))  
/* size of a member of a structure */ 
#define MEMBER_SIZE(structure, member) (sizeof (((structure *) 0) -> member))

8 对齐的宏定义

/*向上对齐，~(align - 1)为对齐掩码，例如align=8，~(align - 1) = ~7， 
(~7)二进制后三位为000，&(~(align - 1)) = &(~7)，就是去掉余数，使其能被8整除*/ 
#define ALIGN_UP(x, align)  (((int) (x) + (align - 1)) & ~(align - 1))  
/*向下对齐*/ 
#define ALIGN_DOWN(x, align)  ((int)(x) & ~(align - 1)) 
/*是否对齐*/ 
#define ALIGNED(x, align)   (((int)(x) & (align - 1)) == 0) 
 
/*页面对齐相关的宏，一页为4096字节*/ 
#define PAGE_SIZE     4096 
#define PAGE_MASK     (~(PAGE_SIZE-1)) 
#define PAGE_ALIGN(addr) -(((addr)+PAGE_SIZE-1) & PAGE_MASK)

9 防止头文件被重复包含

#ifndef BODY_H   //保证只有未包含该头文件才会将其内容展开 
 
#define BODY_H 
 
//头文件内容 
 
#endif

10 得到指定地址上的一个字节或者一个字

#define MEM_B(x) (*(byte*)(x))  //得到x表示的地址上的一个字节 
#define MEM_W(x) (*(word*)(x))  //得到x表示的地址上的一个字

11 得到一个field在结构体中的偏移量

#define OFFSET(type,field) (size_t)&((type*)0->field)

12 得到一个结构体中field所占用的字节数

#define FSIZ(type,field) sizeof(((type*)0)->field)

13 得到一个变量的地址

#defien B_PTR(var) ((byte*)(void*)&(var))   //得到字节宽度的地址 
#define W_PTR(var) ((word*)(void*)&(var))   //得到字宽度的地址

14 将一个字母转换成大写

#define UPCASE(c) (((c) >= "a" && (c) <= "z") ? ((c) - 0x20) : (c) )

15 防止溢出

#define INC_SAT(val) (val = ((val) +1 > (val)) ? (val) + 1 : (val))

16 返回数组元素的个数

#define ARR_SIZE(a) (sizeof( (a) ) / sizeof(a[0]) ) )

原文地址：https://mp.weixin.qq.com/s/A0nVvHDP1IyL3XEBfE53Uw