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分类: LINUX

2014-10-11 10:21:37

GNU C扩展的__attribute__ 机制被用来设置函数、变量、类型的属性,其用得较多的是处理字节对齐的问题。

__attribute__ 的语法为:
[code]__attribute__ ((语法列表))[/code]

参数aligned(number) [number为最小对齐的字节数]是用得较多的一个。
另一个是参数packed 表示“使用最小对齐”方式,即对变量是字节对齐,对于域是位对齐。

这个例子稍长了点,不过非常简单:
[root@Kendo develop]# cat align.c
[code]#include

struct A{
        char a;
        int b;
        unsigned short c;
        long d;
        unsigned long long e;
        char f;
};

struct B{
        char a;
        int b;
        unsigned short c;
        long d;
        unsigned long long e;
        char f;
}__attribute__((aligned));

struct C{
        char a;
        int b;
        unsigned short c;
        long d;
        unsigned long long e;
        char f;
}__attribute__((aligned(1)));


struct D{
        char a;
        int b;
        unsigned short c;
        long d;
        unsigned long long e;
        char f;
}__attribute__((aligned(4)));

struct E{
        char a;
        int b;
        unsigned short c;
        long d;
        unsigned long long e;
        char f;
}__attribute__((aligned(8)));

struct F{
        char a;
        int b;
        unsigned short c;
        long d;
        unsigned long long e;
        char f;
}__attribute__((packed));

int main(int argc, char **argv)
{
        printf("A = %d, B = %d, C = %d, D = %d, E = %d, F = %d\n",
                sizeof(struct A), sizeof(struct B), sizeof(struct C), sizeof(struct D), sizeof(struct E), sizeof(struct F));
        return 0;
}[/code]

在一个32位机上运行结果如下:

[code][root@Kendo develop]# gcc -o align align.c
[root@Kendo develop]# ./align            
A = 28, B = 32, C = 28, D = 28, E = 32, F = 20[/code]

我们看到,最后一个struct F,1 + 4 + 2 + 4 + 8 + 1 = 20,因为使用了__attribute__((packed)); 来表示以最小方式对齐,所以结果刚好为20。

而第一个struct A,因为什么也没有跟,采用默认处理方式:4(1) + 4 + 4(2) + 4 +  8 + 4(1) = 28,括号中是其成员本来的大小。与此相似的是struct D。

接下来看struct E,采用8个字节的方式来对齐:8(1+4+2 ,即a, b, c)+ 8(4, d) + 8 + 8(1, f) = 32。

而在struct C中,试图使用__attribute__((aligned(1))) 来使用1个字节方式的对齐,不过并未如愿,仍然采用了默认4个字节的对齐方式。

在struct B中,aligned没有参数,表示“让编译器根据目标机制采用最大最有益的方式对齐"——当然,最有益应该是运行效率最高吧,呵呵。其结果是与struct E相同。

在对结构的大小并不关注的时候,采用默认对齐方式或者编译器认为最有益的方式是最常见的,然后,对于一些对结构空间大小要求严格,例如定义一个数据包报头的时候,明白结构的对齐方式,就非常有用了。
 
同时使用多个属性

可以在同一个函数声明里使用多个__attribute__,并且实际应用中这种情况是十分常见的。使用方式上,你可以选择两个单独的__attribute__,或者把它们写在一起,可以参考下面的例子:

/* 把类似printf的消息传递给stderr 并退出 */
extern void die(const char *format, ...)
                __attribute__((noreturn))
                __attribute__((format(printf, 1, 2)));
 
或者写成
 
extern void die(const char *format, ...)
                __attribute__((noreturn, format(printf, 1, 2)));
 

如果带有该属性的自定义函数追加到库的头文件里,那么所以调用该函数的程序都要做相应的检查。

和非GNU编译器的兼容性

庆幸的是,__attribute__设计的非常巧妙,很容易作到和其它编译器保持兼容,也就是说,如果工作在其它的非GNU编译器上,可以很容易的忽略该属性。即使__attribute__使用了多个参数,也可以很容易的使用一对圆括弧进行处理,例如:

/* 如果使用的是非GNU C, 那么就忽略__attribute__ */
#ifndef __GNUC__
#  define  __attribute__(x)  /*NOTHING*/
#endif

需要说明的是,__attribute__适用于函数的声明而不是函数的定义。所以,当需要使用该属性的函数时,必须在同一个文件里进行声明,例如:

/* 函数声明 */
void die(const char *format, ...) __attribute__((noreturn))
                                   __attribute__((format(printf,1,2)));
 
void die(const char *format, ...)
{
                /* 函数定义 */
}
更多的属性含义参考:

	

变量属性(Variable Attributes)

关键字__attribute__也可以对变量(variable)或结构体成员(structure field)进行属性设置。这里给出几个常用的参数的解释,更多的参数可参考本文给出的连接。

在使用__attribute__参数时,你也可以在参数的前后都加上“__”(两个下划线),例如,使用__aligned__而不是aligned,这样,你就可以在相应的头文件里使用它而不用关心头文件里是否有重名的宏定义。

aligned (alignment)

该属性规定变量或结构体成员的最小的对齐格式,以字节为单位。例如:

int x __attribute__ ((aligned (16))) = 0;

编译器将以16字节(注意是字节byte不是位bit)对齐的方式分配一个变量。也可以对结构体成员变量设置该属性,例如,创建一个双字对齐的int对,可以这么写:

struct foo { int x[2] __attribute__ ((aligned (8))); };
 

如上所述,你可以手动指定对齐的格式,同样,你也可以使用默认的对齐方式。如果aligned后面不紧跟一个指定的数字值,那么编译器将依据你的目标机器情况使用最大最有益的对齐方式。例如:

short array[3] __attribute__ ((aligned));

选择针对目标机器最大的对齐方式,可以提高拷贝操作的效率。

aligned属性使被设置的对象占用更多的空间,相反的,使用packed可以减小对象占用的空间。

需要注意的是,attribute属性的效力与你的连接器也有关,如果你的连接器最大只支持16字节对齐,那么你此时定义32字节对齐也是无济于事的。

packed

使用该属性可以使得变量或者结构体成员使用最小的对齐方式,即对变量是一字节对齐,对域(field)是位对齐。

下面的例子中,x成员变量使用了该属性,则其值将紧放置在a的后面:

                struct test
           {
             char a;
             int x[2] __attribute__ ((packed));
           };
 

其它可选的属性值还可以 是:cleanup,common,nocommon,deprecated,mode,section,shared,tls_model,transparent_union,unused,vector_size,weak,dllimport,dlexport 等,

详细信息可参考:

类型属性(Type Attribute)

关键字__attribute__也可以对结构体(struct)或共用体(union)进行属性设置。大致有六个参数值可以被设定, 即:aligned, packed, transparent_union, unused, deprecated 和 may_alias。

在使用__attribute__参数时,你也可以在参数的前后都加上“__”(两个下划线),例如,使用__aligned__而不是aligned,这样,你就可以在相应的头文件里使用它而不用关心头文件里是否有重名的宏定义。

aligned (alignment)

该属性设定一个指定大小的对齐格式(以字节为单位),例如:

struct S { short f[3]; } __attribute__ ((aligned (8)));

typedef int more_aligned_int __attribute__ ((aligned (8)));

该声明将强制编译器确保(尽它所能)变量类型为struct S或者more-aligned-int的变量在分配空间时采用8字节对齐方式。

如上所述,你可以手动指定对齐的格式,同样,你也可以使用默认的对齐方式。如果aligned后面不紧跟一个指定的数字值,那么编译器将依据你的目标机器情况使用最大最有益的对齐方式。例如:

struct S { short f[3]; } __attribute__ ((aligned));

这里,如果sizeof(short)的大小为2(byte),那么,S的大小就为6。取一个2的次方值,使得该值大于等于6,则该值为8,所以编译器将设置S类型的对齐方式为8字节。

aligned属性使被设置的对象占用更多的空间,相反的,使用packed可以减小对象占用的空间。

需要注意的是,attribute属性的效力与你的连接器也有关,如果你的连接器最大只支持16字节对齐,那么你此时定义32字节对齐也是无济于事的。

packed

使用该属性对struct或者union类型进行定义,设定其类型的每一个变量的内存约束。当用在enum类型定义时,暗示了应该使用最小完整的类 型(it indicates that the smallest integral type should be used)。

下面的例子中,my-packed-struct类型的变量数组中的值将会紧紧的靠在一起,但内部的成员变量s不会被“pack”,如果希望内部的成员变量也被packed的话,my-unpacked-struct也需要使用packed进行相应的约束。

struct my_unpacked_struct

{

      char c;

      int i;

};

         

struct my_packed_struct

{

     char c;

     int i;

     struct my_unpacked_struct s;

}__attribute__ ((__packed__));

 

 

变量属性与类型属性举例

下面的例子中使用__attribute__属性定义了一些结构体及其变量,并给出了输出结果和对结果的分析。

程序代码为:

struct p

{

int a;

char b;

char c;

}__attribute__((aligned(4))) pp;

struct q

{

int a;

char b;

struct n qn;

char c;

}__attribute__((aligned(8))) qq;

int main()

{

printf("sizeof(int)=%d,sizeof(short)=%d.sizeof(char)=%d\n",sizeof(int),sizeof(short),sizeof(char));

printf("pp=%d,qq=%d \n", sizeof(pp),sizeof(qq));

return 0;

}

输出结果:

sizeof(int)=4,sizeof(short)=2.sizeof(char)=1

pp=8,qq=24

分析:

sizeof(pp):

sizeof(a)+ sizeof(b)+ sizeof(c)=4+1+1=6<23=8= sizeof(pp)

sizeof(qq):

sizeof(a)+ sizeof(b)=4+1=5

sizeof(qn)=8;即qn是采用8字节对齐的,所以要在a,b后面添3个空余字节,然后才能存储qn,

4+1+(3)+8+1=17

因为qq采用的对齐是8字节对齐,所以qq的大小必定是8的整数倍,即qq的大小是一个比17大又是8的倍数的一个最小值,由此得到

17<24+8=24= sizeof(qq)

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