【嵌入式】C语言高级编程-可变参数宏(12)
00. 目录
文章目录
01. 可变参数宏概述
#include <stdarg.h> void va_start(va_list ap, last); type va_arg(va_list ap, type); void va_end(va_list ap); void va_copy(va_list dest, va_list src);
Linux平台可能的实现
/* * Storage alignment properties */ #define _AUPBND (sizeof (acpi_native_int) - 1) #define _ADNBND (sizeof (acpi_native_int) - 1) /* * Variable argument list macro definitions */ #define _bnd(X, bnd) (((sizeof (X)) + (bnd)) & (~(bnd))) #define va_arg(ap, T) (*(T *)(((ap) += (_bnd (T, _AUPBND))) - (_bnd (T,_ADNBND)))) #define va_end(ap) (void) 0 #define va_start(ap, A) (void) ((ap) = (((char *) &(A)) + (_bnd (A,_AUPBND))))
其实C99 标准已经支持了这个特性,但是其它的编译器不太给力,对 C99 标准的支持不是很好,只有 GNU C 支持这个功能,所以有时候我们也把这个可变参数宏看作是 GNU C 的一个语法扩展。 对于LOG 函数,如果我们想使用一个变参宏实现,就可以直接这样定义。
#define LOG(fmt, ...) printf(fmt, __VA_ARGS__) #define DEBUG(...) printf(__VA_ARGS__) int main(void) { LOG("Hello! I'm %s\n","Wanglitao"); DEBUG("Hello! I'm %s\n","Wanglitao"); return 0; }
变参宏的实现形式其实跟变参函数差不多:用 … 表示变参列表,变参列表由不确定的参数组成,各个参数之间用逗号隔开。可变参数宏使用 C99 标准新增加的一个 VA_ARGS 预定义标识符来表示前面的变参列表,而不是像变参函数一样,使用 va_list、va_start、va_end 这些宏去解析变参列表。预处理器在将宏展开时,会用变参列表替换掉宏定义中的所有 VA_ARGS 标识符。
使用宏定义实现一个变参打印功能,你会发现,它的实现甚至比变参函数还方便!内核中的很多打印宏,经常使用可变参数宏来实现,宏定义一般为下面这个格式。
#define LOG(fmt, ...) printf(fmt, __VA_ARGS__)
在这个宏定义中,有一个固定参数,通常为一个格式字符串,后面的变参用来打印各种格式的数据,跟前面的格式字符串相匹配。这种定义方式有一个漏洞,即当变参为空时,宏展开时就会产生一个语法错误。
#define LOG(fmt,...) printf(fmt,__VA_ARGS__) int main(void) { LOG("hello\n"); return 0; }
上面这个程序编译时就会通不过,产生一个语法错误。这是因为,我们只给 LOG 宏传递了一个参数,而变参为空。当宏展开后,就变成了下面这个样子。
printf("hello\n", );
宏展开后,在第一个字符串参数的后面还有一个逗号,所以就产生了一个语法错误。我们需要继续对这个宏进行改进,使用宏连接符 ##,来避免这个语法错误。
02. ##符号
宏连接符 ## 的主要作用就是连接两个字符串,我们在宏定义中可以使用 ## 来连接两个字符。预处理器在预处理阶段对宏展开时,会将 ## 两边的字符合并,并删除 ## 这两个字符。
#define A(x) a##xint main(void) { int A(1) = 2; //int a1 = 2; int A() = 3; //int a=3; printf("%d %d\n",a1,a); return 0; }
如上面的程序,我们定义一个宏。
#define A(x) a##x
这个宏的功能就是连接字符 a 和 x。在程序中,A(1) 展开后就是 a1,A( ) 展开后就是 a。我们使用 printf( ) 函数可以直接打印变量 a1、a 的值,因为宏展开后,就相当于使用 int 关键字定义了两个整型变量 a1 和 a。上面的程序可以编译通过,运行结果如下。
2 3
知道了宏连接符 ## 的使用方法,我们接下来就可以就对 LOG 宏做一些修改。
#define LOG(fmt,...) printf(fmt, ##__VA_ARGS__) int main(void) { LOG("hello\n"); return 0; }
我们在标识符 VA_ARGS 前面加上宏连接符 ##,这样做的好处是,当变参列表非空时,## 的作用是连接 fmt,和变参列表,各个参数之间用逗号隔开,宏可以正常使用;当变参列表为空时,## 还有一个特殊的用处,它会将固定参数 fmt 后面的逗号删除掉,这样宏也就可以正常使用了。
03. 可变参宏另外一种写法
当我们定义一个变参宏时,除了使用预定义标识符
__VA_ARGS__表示变参列表外,还可以使用下面这种写法。
#define LOG(fmt,args...) printf(fmt, args)
使用预定义标识符 VA_ARGS 来定义一个变参宏,是 C99 标准规定的写法。而上面这种格式是 GNU C 扩展的一个新写法。我们不再使用 VA_ARGS,而是直接使用 args… 来表示一个变参列表,然后在后面的宏定义中,直接使用 args 代表变参列表就可以了。
跟上面一样,为了避免变参列表为空时的语法错误,我们也需要添加一个连接符##。
#define LOG(fmt,args...) printf(fmt,##args) int main(void) { LOG("hello\n"); return 0; }
使用这种方式,你会发现这种写法比使用
__VA_ARGS__看起来更加直观和方便。
04. 内核中的可变参数宏
可变参数宏在内核中主要用于日志打印。一些驱动模块或子系统有时候会定义自己的打印宏,可以支持打印开关、打印格式、优先级控制等。如在 printk.h 头文件中,我们可以看到 pr_debug 宏的定义。
#if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) #define pr_debug(fmt, ...) \ dynamic_pr_debug(fmt, ##__VA_ARGS__) #elif defined(DEBUG) #define pr_debug(fmt, ...) \ printk(KERN_DEBUG pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__) #else #define pr_debug(fmt, ...) \ no_printk(KERN_DEBUG pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__) #endif #define dynamic_pr_debug(fmt, ...) \ do { \ DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, fmt); \ if (unlikely(descriptor.flags \ & _DPRINTK_FLAGS_PRINT)) \ __dynamic_pr_debug(&descriptor, pr_fmt(fmt), \ ##__VA_ARGS__); \ } while (0) static inline __printf(1, 2) int no_printk(const char *fmt, ...) { return 0; } #define __printf(a, b) \ __attribute__((format(printf, a, b)))
看到这个宏定义,不得不佩服宏的作者。一个小小的宏,综合运用各种技巧和知识点,把 C 语言发挥到极致!
这个宏定义了三个版本。如果我们在编译内核时有动态调试选项,那么这个宏就定义为 dynamicprdebug。如果没有配置动态调试选项,那我们还可以通过 DEBUG 这个宏,来控制这个宏的打开和关闭。
no_printk() 作为一个内联函数,定义在 printk.h 头文件中,而且通过 format 属性声明,指示编译器按照 printf 标准去做参数格式检查。
最有意思的是 dynamicprdebug 宏,宏定义采用 do{ … }while(0) 结构。这看起来貌似有点多余,有它没它,我们的宏都可以工作。反正都是执行一次,为什么要用这种看似“画蛇添足”的循环结构呢?道理很简单,这样定义就是为了防止宏在条件、选择等分支结构的语句中展开后,产生宏歧义。
比如我们定义一个宏,由两条打印语句构成。
#define DEBUG() \ printf("hello ");printf("else\n") int main(void) { if(1) printf("hello if\n"); else DEBUG(); return 0; }
运行结果
hello if else
理论情况下,else 分支是执行不到的。但通过运行结果可以看到,程序也执行了 else 分支的一部分代码。这是因为我们定义的宏由多条语句组成,直接展开后,就变成了下面这样。
int main(void) { if(1) printf("hello if\n"); else printf("hello "); printf("else\n"); return 0; }
多条语句在宏调用处直接展开,就破坏了程序原来的 if-else 分支结构,导致程序逻辑发生变化,所以你才会看到 else 分支的非正常打印。而采用 do{ … }while(0) 这种结构,可以将我们宏定义中的复合语句包起来,宏展开后,就是一个代码块,就避免了这种逻辑错误。
一个小小的宏,暗藏各个知识点,综合使用各种技巧,仔细分析下来,就能学到很多知识。大家在以后的工作和学习中,可能会接触到各种各样、形形色色的宏,只要我们有牢固的 C 语言基础,熟悉 GNU C 的常用扩展语法,再遇到这样类似的宏,我们都可以慢慢去分析了。不用怕,只有自己真正分析过,才算真正掌握,才能转化为自己的知识和能力,才能领略它的精妙之处。
05. 附录
参考:C语言嵌入式Linux高级编程
- 嵌入式C语言自我修养 12:有一种宏,叫可变参数宏
- 编程基础知识学习———C语言中可变参数的用法
- [转载]编程入门:浅谈C语言的可变参数
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