gcc #pragma 与__attribute

本文详细介绍了GCC编译器中的两种对齐方式:#pragma pack和__attribute__((aligned)),并通过示例程序展示了不同对齐设置下结构体大小的变化。

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FROM:http://www.lslnet.com/linux/dosc1/03/linux-120104.htm

在使用gcc的时候,特别是阅读源码的时候会看到
#pragma pack(n)
#pragma pack()

__attribute((aligned (8)))
__attribute__ ((packed));
下面写一下我的一点认识,不一定对,欢迎指正

这两种方式是gcc的c扩展,用来对齐的,包括栈对齐,变量地址对齐内存分配对齐,这几种方式一般来说gcc是兼容的

#pragma pack(n)
n的取值可以为1、2、4、8、16,在编译过程中按照n个字结对齐
#pragma pack()
取消对齐,按照编译器的优化对齐方式对齐
__attribute__ ((packed));
是说取消结构在编译过程中的优化对齐。
__attribute__ ((aligned (n)));
让所作用的成员对齐在n字节自然边界上,如果结构中有成员的长度大于n,则按照最大成员的长度来对齐

我写了一个小测试程序来测验 struct a
{
int a;
char b;
char c;
}aa;

#pragma pack(1)
struct b
{
int a;
char b;
char c;
}bb;
#pragma pack()  

#pragma pack(2)
struct c
{
int a;
char b;
char c;
}cc;
#pragma pack()

#pragma pack(4)
struct d
{
int a;
char b;
char c;
}dd;  
#pragma pack()

#pragma pack(8)
struct e
{
int a;
char b;
char c;
}ee;  
#pragma pack()

#pragma pack(16)
struct f
{
int a;
char b;
char c;
}ff;   
#pragma pack()

struct m
{
int a;
char b;
char c;
}__attribute__((packed)) mm;


struct n
{
int a;
char b;
}__attribute__((aligned(1))) nn;


struct o
{
long long a;
char b;
char c;
}__attribute__((aligned(2))) oo;


struct p
{
int a;
char b;
char c;
}__attribute__((aligned(4))) pp;



struct q
{
int a;
char b;
char c;
}__attribute__((aligned(8))) qq;


struct r
{
int a;
char b;
char c;
}__attribute__((aligned(8*1024))) rr;


int main()
{

printf("%d,%d,%d,%d,%d,%d\n",
  sizeof(aa),sizeof(bb),sizeof(cc),
  sizeof(dd),sizeof(ee),sizeof(ff));
printf("%d,%d,%d,%d,%d,%d\n",
  sizeof(mm),sizeof(nn),sizeof(oo),
  sizeof(pp),sizeof(qq),sizeof(rr));

return 0;
}


程序运行结果是
[root@A09 joke]#  ./a.out8,6,6,8,8,8
6,8,12,8,8,64
这样看来,这两种用法已经比较清楚了,但是gcc手册中说了不建议使用#pragma,而且#pragma最多只能支持16字节的对齐,后者在没有查到资料的情况下,我做了个测试,最多可以支持8192字节的对齐
由于不同编译器可能对对齐的实现有区别,在不同编译器编译的程序间进行数据传递就有可能要用到这些东西了,当然,还有其他的用处

<think>我们有两个宏定义需要分析: 1. `#define MCAL_TRANS2STR(str) #str` 2. 另一个是 `_Pragma` 操作符的使用,但用户提供的第二个宏定义是 `#define MCAL_SECTION(para) _Pragma(MCAL_TRANS2STR(para))` 首先,我们分别解析这两个宏,然后看它们如何一起使用。 ### 1. `#define MCAL_TRANS2STR(str) #str` 这个宏使用了字符串化运算符 `#`,它将宏的参数转换为字符串字面量。例如: - `MCAL_TRANS2STR(abc)` 会被展开为 `"abc"`。 - 注意:如果参数本身是一个宏,它不会被进一步展开,因为字符串化操作发生在宏参数展开之前(除非使用间接方法)。但是,在这个例子中,参数是直接传递给字符串化运算符的。 示例: ```c #define MCAL_TRANS2STR(str) #str const char *str = MCAL_TRANS2STR(hello); // 展开为 const char *str = "hello"; ``` ### 2. `#define MCAL_SECTION(para) _Pragma(MCAL_TRANS2STR(para))` 这个宏使用了 `_Pragma` 操作符,它是C99标准引入的,用于在宏中发出编译器指令(即pragma)。`_Pragma` 操作符的语法是 `_Pragma("指令字符串")`。 在这个宏中,`MCAL_SECTION(para)` 会被展开为 `_Pragma(MCAL_TRANS2STR(para))`。而 `MCAL_TRANS2STR(para)` 会将参数 `para` 转换为一个字符串字面量。因此,整个宏的作用是生成一个 `_Pragma` 操作符,其参数是 `para` 字符串化后的结果。 例如,如果我们调用 `MCAL_SECTION(section_name)`: - 首先,`MCAL_TRANS2STR(section_name)` 展开为 `"section_name"`(注意:这里得到的是字符串字面量,包括双引号)。 - 然后,整个宏展开为 `_Pragma("section_name")`。 但是,这里有一个关键点:`_Pragma` 操作符要求其参数是一个字符串字面量,并且整个 `_Pragma` 操作符的语法要求字符串字面量外面没有额外的双引号?实际上,`_Pragma` 操作符的语法是 `_Pragma("pragma-directive")`,其中括号内是一个字符串字面量。因此,在展开后,我们得到的是 `_Pragma("section_name")`,这相当于 `#pragma section_name`。 然而,在实际情况中,`#pragma` 指令的具体内容因编译器而异。例如,在一些编译器中,`#pragma` 用于指定段(section)可能是这样的: ```c #pragma section ".my_section" ``` 那么,我们的宏应该这样使用:`MCAL_SECTION(".my_section")`。 展开步骤: 1. `MCAL_SECTION(".my_section")` 替换为 `_Pragma(MCAL_TRANS2STR(".my_section"))` 2. `MCAL_TRANS2STR(".my_section")` 替换为 `".my_section"`(注意:这里是一个字符串字面量,即包含双引号的字符串) 3. 最终:`_Pragma(".my_section")` 这相当于编译器指令:`#pragma .my_section`。但是,请注意,`#pragma` 后面的内容必须符合编译器的语法。通常,指定段名的指令可能是 `#pragma section` 后面跟一些参数,而不是直接跟段名。因此,这个宏可能用于特定的编译器,比如某些嵌入式编译器,它们支持 `#pragma` 后直接跟段名,或者这个宏实际上应该生成一个完整的 `#pragma` 指令字符串。 实际上,更常见的做法是生成完整的 `#pragma` 指令,例如: ```c #define MCAL_SECTION(para) _Pragma(MCAL_TRANS2STR(section para)) ``` 注意:这里在字符串化之前,将 `section para` 作为整体。那么,当我们调用 `MCAL_SECTION(".my_section")` 时: 1. `MCAL_TRANS2STR(section .my_section)` 会展开为 `"section .my_section"` 2. 然后,`_Pragma("section .my_section")` 相当于 `#pragma section .my_section` 这样更符合常见的 `#pragma` 用法。 但是,用户给出的第二个宏是 `#define MCAL_SECTION(para) _Pragma(MCAL_TRANS2STR(para))`,所以它直接使用 `para` 的内容作为 `#pragma` 的整个指令。 ### 总结两个宏的展开过程 假设我们有以下代码: ```c #define MCAL_TRANS2STR(str) #str #define MCAL_SECTION(para) _Pragma(MCAL_TRANS2STR(para)) // 使用 MCAL_SECTION(section_name); ``` 展开步骤: 1. `MCAL_SECTION(section_name)` -> `_Pragma(MCAL_TRANS2STR(section_name))` 2. `MCAL_TRANS2STR(section_name)` -> `"section_name"` 3. 整个替换为:`_Pragma("section_name")` 在预处理阶段,`_Pragma("section_name")` 会被处理为相应的 `#pragma section_name` 指令。注意,`_Pragma` 操作符是C99标准,用于在宏中生成 `#pragma` 指令,因为 `#pragma` 指令本身不能直接用于宏(因为 `#` 在宏中用于字符串化或生成指令,但 `#pragma` 必须是行首的指令)。 ### 注意事项 1. **字符串化中的空格**:如果参数包含空格,字符串化会保留空格。例如: ```c MCAL_TRANS2STR(a b) // 展开为 "a b" ``` 在 `_Pragma` 中使用时,要注意 `#pragma` 指令的语法是否正确。 2. **宏参数展开**:在 `MCAL_TRANS2STR` 中,如果参数是一个宏,它不会被展开,因为字符串化操作符 `#` 会阻止宏参数的展开。例如: ```c #define ABC abc MCAL_TRANS2STR(ABC) // 展开为 "ABC", 而不是 "abc" ``` 如果需要展开参数,可以使用两层宏: ```c #define MCAL_TRANS2STR(str) #str #define MCAL_TRANS2STR_EXPAND(str) MCAL_TRANS2STR(str) // 使用 MCAL_TRANS2STR_EXPAND(ABC) // 先展开ABC为abc,然后字符串化为"abc" ``` 3. **`_Pragma` 操作符的字符串参数**:`_Pragma` 操作符要求一个字符串字面量,所以通过 `MCAL_TRANS2STR` 生成的字符串可以直接使用。 ### 示例代码 下面是一个完整的示例,展示如何使用这两个宏: ```c #include <stdio.h> #define MCAL_TRANS2STR(str) #str #define MCAL_SECTION(para) _Pragma(MCAL_TRANS2STR(para)) // 假设我们有一个编译器支持 #pragma message 指令,用于在编译时输出消息 // 注意:这里使用 #pragma message 作为示例,因为它是通用的,而段设置通常是编译器特定的 #define MCAL_MESSAGE(msg) _Pragma(MCAL_TRANS2STR(message(msg))) int main() { // 使用MCAL_MESSAGE宏在编译时输出消息 MCAL_MESSAGE("This is a compile-time message"); // 使用MCAL_SECTION宏,这里假设编译器支持 #pragma section_name // 但注意,通常编译器不支持直接写 #pragma section_name,所以这里只是演示宏展开 // 实际中,应根据编译器支持的#pragma指令来设计 MCAL_SECTION("This is a pragma directive"); printf("Hello, world!\n"); return 0; } ``` 在支持 `#pragma message` 的编译器(如GCC、Clang)上,`MCAL_MESSAGE` 宏会在编译时输出消息。而 `MCAL_SECTION` 宏则生成一个 `#pragma` 指令,其内容为字符串化的参数。 ### 相关问题 1. 在C语言宏定义中,如何实现宏参数的延迟展开(即先展开参数再字符串化)?[^2][^3] 2. `_Pragma`操作符和传统的`#pragma`指令有何区别?在宏中使用哪种方式更灵活?[^1][^3] 3. 如何编写可移植的宏,用于指定代码段或数据段的内存布局?[^1][^2] 4. 宏定义中`#`和`##`运算符分别有哪些使用场景?请举例说明。[^2][^5] 5. 在嵌入式开发中,使用宏管理内存段有哪些常见应用场景?[^1][^2] 以上问题可以帮助深入理解宏的高级用法及其在系统编程中的应用。</think>### C语言宏定义 `#define MCAL_TRANS2STR(str) #str` 和 `_Pragma` 使用详解 #### 1. **`#define MCAL_TRANS2STR(str) #str` 解析** - **功能**:字符串化操作符 `#` 将宏参数转换为字符串字面量 - **展开规则**: ```c MCAL_TRANS2STR(abc) // 展开为 "abc" MCAL_TRANS2STR(123) // 展开为 "123" ``` - **关键特性**: - 参数不会被二次展开: ```c #define VAR 100 MCAL_TRANS2STR(VAR) // 展开为 "VAR" 而非 "100" [^2] ``` - 支持特殊字符转换: ```c MCAL_TRANS2STR(a\nb) // 展开为 "a\\nb"(包含转义序列) ``` #### 2. **`_Pragma` 操作符详解** - **功能**:C99引入的预处理指令操作符,用于在宏中嵌入编译器指令 - **基本语法**: ```c _Pragma("指令内容") // 等价于 #pragma 指令内容 ``` - **传统 `#pragma` 的区别**: | 特性 | `_Pragma` | `#pragma` | |------|-----------|----------| | 宏内使用 | ✅ 支持 | ❌ 不支持 | | 参数格式 | 字符串字面量 | 直接指令 | | C标准 | C99+ | 所有版本 | | 示例 | `_Pragma("pack(1)")` | `#pragma pack(1)` | #### 3. **组合使用案例:`MCAL_SECTION` 宏** ```c #define MCAL_TRANS2STR(str) #str #define MCAL_SECTION(sec) _Pragma(MCAL_TRANS2STR(section sec)) // 使用示例 MCAL_SECTION(".data") // 展开为 _Pragma("section .data") ``` - **展开过程**: 1. `MCAL_TRANS2STR(section .data)` → `"section .data"` 2. `_Pragma("section .data")` → 等价于 `#pragma section .data` - **嵌入式应用**: ```c // 将变量放入特定内存段 MCAL_SECTION(".ram_buffer") uint8_t buffer[1024]; // 将函数放入FLASH段 MCAL_SECTION(".text") void critical_func() {...} ``` #### 4. **技术细节陷阱** - **参数展开顺序**: ```c #define SEC_NAME ".data" MCAL_SECTION(SEC_NAME) // 展开为 _Pragma("section SEC_NAME") ``` 需使用辅助宏实现参数展开: ```c #define EXPAND_STR(x) MCAL_TRANS2STR(x) #define MCAL_SECTION(sec) _Pragma(EXPAND_STR(section sec)) ``` - **编译器兼容性**: - GCC/Clang:完全支持 [^1][^3] - MSVC:需开启 `/Zc:preprocessor` 选项 - C89编译器:不支持 `_Pragma` #### 5. **实际应用场景** 1. **内存布局控制**(嵌入式系统): ```c #define ALLOC_IN_RAM(addr) \ _Pragma(MCAL_TRANS2STR(location=addr)) \ __attribute__((used)) ALLOC_IN_RAM(0x2000) volatile uint32_t reg; ``` 2. **编译器指令封装**: ```c // 封装对齐指令 #define ALIGN(n) _Pragma(MCAL_TRANS2STR(pack(push, n))) #define RESTORE_ALIGN _Pragma(MCAL_TRANS2STR(pack(pop))) ``` 3. **跨平台诊断控制**: ```c #if defined(__GNUC__) #define SUPPRESS_WARNING _Pragma("GCC diagnostic ignored \"-Wunused\"") #elif defined(_MSC_VER) #define SUPPRESS_WARNING _Pragma("warning(disable:4100)") #endif ``` #### 6. **调试技巧** 使用编译器预处理查看展开结果: ```bash gcc -E test.c # GCC clang -E test.c # Clang ``` 示例输出: ```c // MCAL_SECTION(".data") 展开结果 #pragma section .data ``` ###
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