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Tips of Linux C programming

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   1. 优雅地使用链表

       链表是编程中经常要用到的数据结构,结构体描述时分为数据域和指针域,本没有什么好讲。但有没有想过教科书上的这种方式有什么问题?通过这种方式定义和使用链表,对于不同的链表类型,都要定义各自的链表结构,繁琐的很。linux kernel中链表的用法才应该是教科书中出现的。
       基本思想:在Linux内核链表中,不是在链表结构中包含数据,而是在数据结构中包含链表节点。
1) 链表定义:
struct list_head {
    struct list_head *next, *prev;
};
#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }

   2) 链表使用者定义:

struct user_t {
    data domain;
    list_head * node;
};
struct user_t g_user_list;
LIST_HEAD_INIT(&g_user_list);
3) 通过node定位user_t:
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
#define container_of(ptr, type, member) ({          
    const typeof(((type *)0)->member) * __mptr = (ptr); 
(type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); })
struct user_t* next = container_of(g_user_list->next->node, struct user_t, node);

   这里用到了container_of,container_of又用到了offsetof。offsetof是通过将结构体起始地址强制对齐到0来计算出node和起始地址的偏移offset;而container_of在node地址基础上减去offset得到user_t结构体的地址并返回user_t。

2. 高效地分支判断
       写程序不可避免的需要使用if/else,如何高效地进行分支判断呢?使用likely/unlikely。
#define likely(x)       __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely(x)     __builtin_expect(!!(x), 0)
long __builtin_expect (long EXP, long C)
       __builtin_expect是一个GCC内置的函数,语义是表示EXP == C,返回值是表达式的值。这两个宏定义是为了提示编译器正确地进行分支判断的优化。
       优化的原理是:通过调整生成汇编代码的顺序,将经常发生的分支代码放在cmp指令之后顺序执行,将不经常发生的分支代码通过jump指令跳过去,从而降低jump指令清空处理器流水线的影响。
3. 汇编实现的原子操作
__asm__ __volatile__(
                       "   lock       ;n"
                       "   addl %1,%0 ;n"
                       : "=m"  (my_var)   //output
                      : "ir"  (my_int), "m" (my_var)  //input
                      :       //modify  /* no clobber-list */
                      );
       这条汇编表示给my_var原子加my_int,lock前缀就是用来保证原子性的。
       Intel CPU有3种保证原子性的方式,lock前缀是其中之一,原理是通过锁总线来阻止其它处理器操作相应的地址。
4. 0长度数组
       定义数组时,长度必须是一个编译时确定的值,如果想使用运行时的值来确定数组的长度,可以使用0长度数组。
struct line {
       int length;
       char contents[0];
     };
struct line *thisline = (struct line *)malloc (sizeof (struct line) + this_length);
thisline->length = this_length;

   只有GNU C才支持的特性,对于定义不确定长度的数组非常有用。

5. 三目运算的另类表达
       GNU 允许C 语言省略条件表达式中的表达式2省略, 此时表示表达式2与表达式1相同.例如
a = x ? : y;
等价于
a = x ? x : y;
但是如果 x 是一个表达式, 仅求值一次.
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参考文章:
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/l-chain/index.html
http://kernelnewbies.org/FAQ/LikelyUnlikely
http://www.ibiblio.org/gferg/ldp/GCC-Inline-Assembly-HOWTO.html
http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Zero-Length.html
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9D%A1%E4%BB%B6%E8%BF%90%E7%AE%97%E7%AC%A6

建议继续学习:

  1. Linus:利用二级指针删除单向链表    (阅读:11365)
  2. 为什么数组标号是从0开始的?    (阅读:4950)
  3. C语言结构体里的成员数组和指针    (阅读:4861)
  4. 将数组定义为常量    (阅读:4569)
  5. 一道不错的算法题-判断链表是否有环    (阅读:3397)
  6. xml转数组的方法    (阅读:3498)
  7. javascript扩展Array(数组)类    (阅读:3241)
  8. 动态数组的 C 实现    (阅读:3116)
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