GCC特性笔记

GCC特性和选项

• GNUC 版本要求判定

  #if defined __GNUC__ && defined __GNUC_MINOR__
  # define __GNUC_PREREQ(maj, min) \
          ((__GNUC__ << 16) + __GNUC_MINOR__ >= ((maj) << 16) + (min))
  #else
  # define __GNUC_PREREQ(maj, min) 0
  #endif
  
  #if __GNUC_PREREQ(3, 3) // 要求版本是3.3 以上
  ...
  #endif

• GNUC 版本整数转换

  /* gcc version. for example : v4.1.2 is 40102, v3.4.6 is 30406 */
  #define GCC_VERSION (__GNUC__ * 10000 + __GNUC_MINOR__ * 100 + __GNUC_PATCHLEVEL__)

• 编译选项

  • 编译过程选项，解释、汇编、编译
    • -E、-S、-c
  • 开启/关闭 no_instrument_function 属性
    • -finstrument-functions
    • -fno-instrument-functions
  • 仅进行词法与语法的分析
    • -fsyntax-only
  • 遵循某种编码标准，比如不允许混合声明变量
    • -std=xxx -pedantic-errors
  • 优化选项，分四级（默认为0），越大越优化；s选项只对目标文件大小进行优化，可能会影响性能
    • -O[0123s]
  • 警告
    • -Werror 警告都是错误，无法通过编译
    • -Wall 显示所有警告
    • -Wnonnull 显示标记 nonnull 属性的不符合规则的函数的警告

• 链接选项

  • 开启或关闭链接所有 .o 或 .a 中的符号，可以同时使用
    • -Wl, --whole-archive
    • -Wl, --no-whole-archive
  • 反复搜索标示之间的所有.o或.a中的符号
    • --start-group <static-library/archives> --end-group
  • 编译生成函数与函数地址的映射表文件
    • -Wl,-Map=test.map
  • 导出目标的所有符号，用于程序在引用的动态库中调用属于自己的函数
    • -Wl,-E 等效 --export-dynamic 等效 -rdynamic
  • 指定编译和运行时，动态库的优先搜索位置
    • -rpath<path>
  • 静态链接静态库
    • -static

• 内建函数

  • size_t __builtin_offsetof(type, member) 静态编译时获取 type 中成员 member 的偏移字节数。扩展 #define offsetofend(TYPE, MEMBER) (offsetof(TYPE, MEMBER) + sizeof(((TYPE *)0)->MEMBER)) 获取 type 中成员 member 结束位置的偏移字节数。
  • void *__builtin_return_address(level) 获取函数调用栈的函数地址，0表示当前函数。
  • bool __builtin_constant_p( exp ) 如果表达式是常量（字面量），则返回true。
  • 静态分支预测
    • 通过这种方式，编译器在编译过程中，会将可能性更大的代码紧跟着起面的代码，从而减少指令跳转带来的性能上的下降
    • bool __builtin_expect(!!(exp), 1) 分支预测，大部分表达式都为真
    • bool __builtin_expect(!!(exp), 0) 分支预测，大部分表达式都为假
  • bool __builtin_types_compatible_p(typeof(x), typeof(y)) 判断变量 x 和 y 的类型是否相同，相同返回 真，不相同返回 假。
  • unsigned long long __builtin_bswap64(unsigned long long) 交换8字节，用于大小端转换。
  • unsigned int __buildin_bswap32(unsigned int) 交换4字节。
  • unsigned short __buildin_bswap16(unsigned short) 交换2字节。
  • unsigned int __builtin_popcount(word) 返回被设置为1的位数
  • void __builtin_prefetch( const void *addr, int rw, int locality ) 预提取。addr为预提取的内存地址；rw为1，则表示为写而预提取，否则为读；locality为1，则在使用数据后还缓存在cacheline中，否则清除缓存。可以没有rw，或没有rw和locality参数。比如__builtin_prefetch(x)仅为读预提取；__builtin_prefetch(x,1)仅为写预提取。

• 类型操作

  • typeof(exp) 得到表达式的类型，sizeof(exp) 得到表达式的大小
  • 比如 #define min(x, y) ({typeof(x) _x = (x); typeof(y) _y = (y); (void)&_y == &_x; _x > _y ? _y : _x}) 内核使用此宏得到最小值
  • 比如 typeof(1 + 2UL) size = 1L;
  • 比如 unsigned long size = sizeof(1 + 2L);

• 函数或变量属性

  • __attribute__((attr1),(attr2),...)可以有多个属性，如果函数声明和定义分开，那么请将属性放置在定义处的函数名字前。
  • void __attribute__((noreturn)) func(); 不会返回值
  • void __attribute__((nonnull(1, 2))) func( void *ptr1, void *ptr2 ); 给出一个数字列表，指示函数中哪些形参不会为NULL，且可以和 -Wnonnull 关联，如果实参在编译时为 NULL ，则发出警告。
  • void __attribute__((alias("myfunc"))) func(); 指定 func 别名为 myfunc，一般与 weak 属性一起使用。比如 write() 的别名为 __write()，即如果找不到 func 符号 就使用 myfunc 代替。GNU汇编为 asm(".set func myfunc\n\t")。
  • void __attribute__((weak)) func(); 指定func是一个弱定义，当有两个函数同名时，则使用强符号（也叫全局符号）来代替弱符号，通常与 alias 属性一起使用。GNU汇编为 asm(".weak func\n\t")。
  • void __attribute__((constructor(PRIORITY))) func();func会按优先级升序在进入main函数前调用
  • void __attribute__((destructor(PRIORITY))) func();func会按优先级降序序在main函数返回后调用
  • void __attribute__((noinline)) func();func不能作为inline函数优化
  • void __attribute__((section("specials"))) func();将func放到specials段中，而不是通常的text段中，该属性也可以作用与变量或常量。
  • void __attribute__((deprecated)) func();将func函数声明为已废弃函数，如果被使用则将发出编译警告
  • void __attribute__((__used__)) func();告诉编译器，告诉编译器无论调用与否都必须链接该函数，该属性也可以作用于变量或常量。
  • int __attribute__((__const__)) func(int);函数没有内部状态，仅使用入参或常量（字面量）进行工作。
  • int __attribute__((warn_unused_result)) func();如果调用者没有使用返回值，则发出编译警告。
  • void __attribute__((no_instrument_function)) func(void*, void*); 所有普通调用在进入和离开时调用一个特殊的指定函数
    • 进入函数主动调用(func_address被调函数地址，call_site调用函数地址；需要自己实现 )
      void __attribute__ ((no_instrument_function)) __cyg_profile_func_enter( void *func_address, void *call_site );
    • 离开函数主动调用
      void __attribute__ ((no_instrument_function)) __cyg_profile_func_exit ( void *func_address, void *call_site );
  • decl type __attribute__((aligned(x))); 定义一个按指定大小 x 对齐的类型或变量
    • struct T {...} __attribute__((aligned(32))); 结构体对齐
    • struct T {char c, int i[32] __attribute__ ((aligned(32)));}; 结构体字段对齐
  • decl type __attribute__((packed)); 定义紧凑模型的类型或变量
    • struct T { char c, int i; } __attribute__((packed)); 这个类型的的大小就是各个字段类型大小的和为 5 bytes。
  • decl type __attribute__((aligned(cache_line))); 缓存线对齐
  • void inline __attribute__((always_inline)) func();强制内联函数
    • 如果不强制内联，函数不会被编译器自动内联的规则如下：
      1. 变参数函数
      2. 含调用 alloca 类库函数
      3. 含有可变尺寸数组声明函数
      4. 含非本地 goto 函数
      5. 递归调用函数

• 匿名联合

  • struct T { union { int a, char b }; int c; }; T t = { .b = 'a', .c = 10, };

• 零长数组

  • 结构体后跟变长数据，但sizeof()运算不包含边长部分。例子中的offset被定位到结构体后变长数组的最后一个元素。

    typedef struct { int a; char b; short c[2]; char next[0]; } T;
    T *t = (T*)malloc(sizeof(struct T) + sizeof(T*) * 3);
    T **offset = (T**)&t->next;
    offset[2] = t;

• 范围扩展

  • switch/case 语句： int x = 5; switch(x) { case 0: ; case 1 ... 5: ; default:; }
  • 数组定义：int widths[] = { [0 ... 9] = 1, [10 ... 99] = 2, [100] = 3 };

• 关键字

  • __alignof__(deftype) 获取 deftype 定义类型的对齐大小。
  • __typeof__(var/deftype) 获取 var 变量（值）的类型或 deftype 定义类型的类型。比如 :typeof(int [10]) a1, a2; 等效 int a1[10], a2[10];。

• 宏函数

  • gcc 支持 使用 #define macro(...) ({ ... }) 定义宏函数。
  • __label__ 关键字用于定义块内跳转，比如 #define macro(...) ({__label__ out; int ret = 0; if (...) goto out; else {...} out: ret;})