关于linux：C代码中的:!!是什么？


What is “:-!!” in C code?

我在/usr/include/linux/kernel.h中碰到了这个奇怪的宏代码：

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/* 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); }))

:-!!是做什么的？

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实际上，这是一种检查表达式e是否可以计算为0的方法，如果不能计算为0，则会使生成失败。

宏的名称有点错误；它应该更像BUILD_BUG_OR_ZERO，而不是...ON_ZERO。(关于这是否是一个令人困惑的名字，偶尔会有讨论。)

您应该这样阅读表达式：

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

  • (e)：计算表达式e。

  • !!(e)：逻辑上否定两次：e == 0时为0；否则为1。

  • -!!(e)：用数字否定步骤2的表达式：如果是0，则为0；否则为-1。

  • struct{int: -!!(0);} --> struct{int: 0;}：如果它是零，那么我们声明一个具有宽度为零的匿名整数位域的结构。一切都很好，我们照常进行。

  • struct{int: -!!(1);} --> struct{int: -1;}：另一方面，如果不是零，那么它将是一个负数。声明宽度为负的任何位域都是编译错误。

    • 因此，我们要么得到一个结构中宽度为0的位字段(很好)，要么得到一个宽度为负的位字段(编译错误)。然后我们取sizeof这个字段，得到一个宽度合适的size_t(在e为零的情况下，宽度为零)。

    有人问：为什么不直接使用assert？

    Keithmo的回答很好：

    These macros implement a compile-time test, while assert() is a run-time test.

    完全正确。您不希望在运行时检测内核中可能在早期被捕获的问题！它是操作系统的关键部分。不管在编译时能在多大程度上检测到问题，都会更好。

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    :是一个位字段。对于!!，这是逻辑双否定，因此返回0表示假，返回1表示真。-是一个负号，即算术否定。

    这只是让编译器在无效输入上死记硬背的一个技巧。

    以BUILD_BUG_ON_ZERO为例。当-!!(e)计算为负值时，会产生编译错误。否则，-!!(e)的计算结果为0，0宽度的位字段的大小为0。因此，宏计算为值为0的size_t。

    在我的视图中，这个名称很弱，因为当输入不是零时，构建实际上会失败。

    BUILD_BUG_ON_NULL非常相似，但产生一个指针而不是int。

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    有些人似乎把这些宏与assert()混淆了。

    这些宏实现编译时测试，而assert()是运行时测试。

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    嗯，我很惊讶没有提到这种语法的替代品。另一种常见的(但较旧的)机制是调用一个未定义的函数，如果断言正确，则依赖优化器编译出函数调用。

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

    当这个机制工作时(只要启用了优化)，它的缺点是在链接之前不报告错误，这时它找不到您所做的函数的定义。这就是为什么内核开发人员开始使用一些技巧，比如负大小的位字段宽度和负大小的数组(后者停止打破GCC4.4中的构建)。

    为了满足编译时断言的需要，GCC4.3引入了error函数属性，允许您扩展这个旧概念，但通过您选择的消息生成编译时错误—不再是神秘的"负大小数组"错误消息！

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    #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)

    事实上，从Linux 3.9开始，我们现在有了一个名为compiletime_assert的宏，它使用了这个特性，并且bug.h中的大多数宏都已经相应地更新了。但是，此宏不能用作初始值设定项。但是，使用BY语句表达式(另一个GCC C扩展)，您可以！

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    #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;                                                    \
        })

    这个宏将只计算一次它的参数(以防有副作用)，并创建一个编译时错误，上面写着"我告诉过你不要给我五个！"如果表达式的计算结果为5或不是编译时常量。

    那么，为什么不使用这个字段来代替负大小的位字段呢？唉，目前使用语句表达式有许多限制，包括将其用作常量初始值设定项(用于枚举常量、位字段宽度等)，即使语句表达式本身是完全恒定的(即，可以在编译时完全计算，否则通过__builtin_constant_p()测试)。此外，它们不能在函数体之外使用。

    希望GCC能尽快修正这些缺点，并允许常量语句表达式用作常量初始值设定项。这里的挑战是定义什么是法律常量表达式的语言规范。C++ 11为这个类型或事物添加了CONSTEPRPR关键字，但是在C11中没有对应的存在。虽然C11确实得到了静态断言，这将解决部分问题，但它不能解决所有这些缺点。因此，我希望GCC可以通过-std=gnuc99&；-std=gnuc11或其他类似的方式使constexr功能作为扩展，并允许在语句表达式等上使用它。

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    如果条件为假，则创建一个大小为0的位字段；如果条件为真/非零，则创建一个大小为-1(-!!1的位字段。在前一种情况下，没有错误，结构是用int成员初始化的。在后一种情况下，会出现编译错误(当然，不会创建大小为-1的位字段)。

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