懂点GNU C 编译器02- __attribute__特殊属性

type

date

slug

一、简介

1.1 使用场景

摘自 User\letter-shell\shell.h

摘自 STM32L4xx_HAL_Driver\Inc\stm32l4xx_hal_def.h

摘自 cmsis_armcc.h

摘自 Utilities\cm_backtrace\cmb_def.h

1.2 说明

GNU C 增加了一个__attribute__关键字用来声明一个函数、变量或类型的特殊属性。用于指导编译器在编译程序时进行特定方面的优化或代码检查。

__attribute__后面是两对小括号

多个属性，属性之间用逗号隔开

属性声明

section
aligned
packed
format
weak
alias
noinline
always_inline

二、属性声明：Section

2.1 查看 section header

一个源文件编译一个目标文件，在编译过程中，编译器都会按照这个默认规则，将函数、变量分别放在不同的section中，最后将各个section组成一个目标文件。

Section 说明

.text seciton 代码段，函数定义、程序语句
.date section 数据段，初始化的全局变量、初始化的静态局部变量
.bss section BSS段，未初始化的全局变量、为初始化的静态全局变量

2.2 格式

2.3 示例：U-boot镜像自复制分析

U-boot其本身在启动过程中，都会从Flash存储介质上加载自身代码到内存，然后进行重定位，跳到内存 RAM 中去执行。U-boot 是怎么完成代码自复制的呢？或者说它是怎样将自身代码从 Flash 复制到内存的呢？

→ 编译器编译两个变量放置在 .__image_copy_start 和.__image_copy_end 两个 section

→ 链接器使用 U-boot 的链接脚本U-boot.lds，将 __image_copy_start 和 __image_copy_end 这两个section，在链接的时候分别放在了代码段 .text 的前面、数据段 .data 的后面，作为 U-boot 复制自身代码的起始地址和结束地址。

→ ENTRY（relocate_code）汇编代码主要完成代码复制的功能，然后进行重定位，最后跳到内存中执行

三、属性声明：aligned

为什么要内存对齐？简化CPU和内存RAM之间的接口和硬件设计。

3.1 操作格式

地址对齐的字节数必须是2的幂次方，否则编译就会出错

定义一个变量时，编译器会按照默认的地址对齐方式

3.2 示例1：指定变量

>>>

C2，单字节，但编译器会在c1（00402008）和c2（0040200C）之间空出3个存储单元，造成一定的内存空洞，浪费内存资源。

3.3 示例2：指定结构体

>>>

成员b需要4字节对齐，所以编译器在给成员a分配完1字节的存储空间后，会空出3字节，这样三个结构体成员一共占据1+3+4+2=10字节的存储空间。但实尺寸为12，多出来的空间分配在哪呢？

根据结构体的对齐规则，要按结构体所有成员中最大对齐字节数或其整数倍对齐，或者说结构体的整体长度要为其最大成员字节数的整数倍，如果不是整数倍则要补齐。结构体的整体长度要是4的整数倍，要在结构体的末尾补充 2 字节，最后结构体的大小为 12 字节。

调整元素位置。

>>>

若按下面代码所示，为b 添加__attribute__((aligned(4)))属性。

>>>

你会发现，结构体的大小又重新变为12字节。这是因为，我们显式指定short变量以4字节地址对齐，导致变量a的后面填充了3字节空间。int型变量c也要4字节对齐，所以变量b的后面也填充了2字节，导致整个结构体的大小为12字节。

四、属性声明：packed

aligned属性一般用来增大变量的地址对齐，元素之间因为地址对齐会造成一定的内存空洞。而packed属性则与之相反，一般用来减少地址对齐，指定变量或类型使用最可能小的地址对齐方式。

>>>

通过结果我们看到，结构体内各个成员地址的分配，使用最小1字节的对齐方式，没有任何内存空间的浪费，导致整个结构体的大小只有7字节。

也可以对整个结构体添加packed属性，这和分别对每个成员添加packed属性效果是一样的。

五、内核中的aligned、packed声明

在Linux内核源码中，我们经常看到aligned和packed一起使用，即对一个变量或类型同时使用aligned和packed属性声明。

这样做的好处是：既避免了结构体内各成员因地址对齐产生内存空洞，又指定了整个结构体的对齐方式。

程序运行结果

在上面的程序中，结构体data虽然使用了packed属性声明，结构体内所有成员所占的存储空间为7字节，但是我们同时使用了aligned(8)指定结构体按8字节地址对齐，所以编译器要在结构体后面填充1字节，这样整个结构体的大小就变为8字节，按8字节地址对齐。

六、属性声明：weak

GNU C通过weak属性声明，可以将一个强符号转换为弱符号。

6.1 强符号和弱符号

在一个程序中，无论是变量名，还是函数名，在编译器的眼里，就是一个符号而已。符号可以分为强符号和弱符号。

强符号：函数名，初始化的全局变量名。

弱符号：未初始化的全局变量名。

工程中允许强符号和弱符号同时存在。符号决议时，一般会选用强符号，丢掉弱符号。

同名的符号都是弱符号时，那么编译器该选择哪个呢？谁的体积大，即谁在内存中的存储空间大，就选谁。

6.2 函数的强符号与弱符号

在链接阶段，链接器会到其他文件中找这些符号的定义，若未找到，则报未定义错误。

当函数被声明为一个弱符号时，会有一个奇特的地方：当链接器找不到这个函数的定义时，也不会报错。

编译程序并运行，可以看到程序运行结果如下。

函数名的本质就是一个地址，在调用func()之前，我们先判断其是否为0，如果为0，则不调用，直接跳过。你会发现，通过这样的设计，即使func()函数没有定义，整个工程也能正常编译、链接和运行！

七、属性声明：format

引用

王利涛. 嵌入式C语言自我修养:从芯片,编译器到操作系统. 嵌入式C语言自我修养：从芯片、编译器到操作系统, 2021. - 第6章 GNU C编译器扩展语法精讲