linux gcc __attribute__

news2024/11/22 19:36:19

__attribute__

  • 1. 函数属性
    • 1.1 __attribute__((noreturn))
    • 1.2 __attribute__((format))
    • 1.3 __attribute__((const))
  • 2. 变量属性
    • 2.1. __attribute__((aligned))
    • 2.2. __attribute__((packed))
  • 3. 类型属性

__attribute__ 是 GCC 编译器提供的一种特殊语法，它可以用于设置函数属性（Function Attribute）、变量属性（Variable Attribute）和类型属性（Type Attribute）。

1. 函数属性

1.1 attribute((noreturn))

__attribute__((noreturn)) 通常应用于那些“不会返回”的函数，即程序就直接在这个函数内退出了。例如：

  1. 程序异常处理

在程序遇到错误或异常时，可能需要立即终止程序并输出错误信息。这种情况下，可以使用 __attribute__((noreturn)) 注解来标记一个名为 die 的函数，以确保函数执行完之后程序不会继续运行。

void die(const char* msg) __attribute__((noreturn));

void die(const char* msg) {
    fprintf(stderr, "Error: %s\n", msg);
    exit(1);
}

在上面的代码中，我们定义了一个名为 die 的函数，并使用 __attribute__((noreturn)) 注解表示该函数不会返回。在函数内部，我们使用 fprintf 打印错误信息，并调用 exit(1) 函数来终止程序。由于 die 函数被标记为 noreturn，因此编译器保证在执行完 die 函数之后程序不会继续运行。

  1. 核心转储文件生成

在 Linux 系统中，当程序异常终止时，可以通过设置 coredump 文件来捕获程序状态和内存快照等信息，以便于进行故障排查和调试。在生成核心转储文件时，可以使用 __attribute__((noreturn)) 注解来标记一个名为 abort 的函数，以确保函数执行完之后程序不会继续运行。

void abort() __attribute__((noreturn));

void abort() {
    signal(SIGABRT, SIG_DFL);
    raise(SIGABRT);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

在上面的代码中，我们定义了一个名为 abort 的函数，并使用 __attribute__((noreturn)) 注解表示该函数不会返回。在函数内部，我们使用 signal 设置信号处理函数为默认值，并调用 raise 来生成 SIGABRT 信号，然后再调用 exit 函数来终止程序。由于 abort 函数被标记为 noreturn，因此编译器保证在执行完 abort 函数之后程序不会继续运行。

总的来说，__attribute__((noreturn)) 通常适用于那些具有明确终止程序任务的函数，例如异常处理、断言失败、致命错误等。它可以帮助开发者更好地控制程序流程和性能，并减少潜在的漏洞和错误。

1.2 attribute((format))

__attribute__((format))用于指定函数参数的格式化字符串。它可以帮助编译器在编译时对函数调用进行检查，以确保传递给被调用函数的参数与函数定义中的格式化字符串相匹配。
使用__attribute__((format))可以帮助编译器进行静态类型检查，以便捕获在编译时可能导致格式化字符串错误的问题。例如，如果格式化字符串中指定了一个整数参数，但实际传递给函数的是一个字符串参数，编译器将发出警告或错误消息。

以下是一个使用__attribute__((format))的示例：

#include <stdio.h>

void my_printf(const char *format, ...) __attribute__((format(printf, 1, 2)));

/*
 * 模拟标准库函数printf，它接受一个格式化字符串和可变数量的参数，并将格式化后的输出打印到标准输出。
 * 通过使用va_list和相关的宏来处理可变参数，函数能够将格式化字符串和参数传递给vprintf函数进行输出。
 * 需要注意的是，这个函数没有进行格式字符串和参数的类型检查，所以在使用时需要确保格式化字符串与参数的类型和数量相匹配，以避免潜在的运行时错误。
 */
void my_printf(const char *format, ...)
{
    // va_list是一个类型，用于存储可变数量的参数。
    va_list args;
    // va_start宏用于初始化args，使其指向可变参数列表的起始位置。第二个参数是最后一个非可变参数，即格式化字符串format。
    va_start(args, format);
    // vprintf是一个标准C函数，用于根据格式化字符串format和可变参数列表args打印输出。它与printf函数类似，但接受一个va_list参数而不是可变数量的参数。
    vprintf(format, args);
    // va_end宏用于结束对可变参数的访问，清理相关资源。
    va_end(args);
}

int main()
{
    int num = 10;
    my_printf("The number is: %d\n", num);  // 正确的使用
    my_printf("The number is: %s\n", num);  // 错误的使用，编译器可能会发出警告或错误消息
    return 0;
}

在上面的示例中，my_printf函数使用__attribute__((format(printf, 1, 2)))来指定它的第一个参数是格式化字符串，并且函数至少接受两个参数。这样，编译器在编译时将会检查函数调用的参数是否与格式化字符串相匹配。

应用场景
__attribute__((format))的主要应用场景是在编写格式化输出函数（如printf、fprintf等）或格式化输入函数（如scanf、fscanf等）时，用于增加编译时的类型检查和错误检测。

以下是一些实际应用场景：

  1. 自定义格式化输出函数：当你需要编写自定义的格式化输出函数时，可以使用__attribute__((format))来确保传递给函数的参数与格式化字符串匹配。这有助于避免在运行时出现格式化字符串错误导致的问题，提高代码的健壮性和可靠性。

  2. 日志记录：当你编写日志记录函数时，可以使用__attribute__((format))来确保日志消息的格式化字符串与实际参数匹配。这样可以在编译时捕获潜在的日志格式错误，避免在运行时出现错误的日志输出。

  3. 静态代码分析工具：静态代码分析工具可以利用__attribute__((format))来检测代码中的潜在问题。通过分析函数调用和格式化字符串，这些工具可以检查是否存在格式化字符串与参数不匹配的情况，并生成警告或错误报告。

总之，__attribute__((format))的主要应用场景是在需要进行格式化字符串的输出或输入操作时，提供编译时的类型检查和错误检测，以提高代码的安全性和可维护性。

需要注意的是，__attribute__((format))是一个编译器特定的扩展，不是标准C或C++的一部分，因此在不同的编译器中可能会有差异。

1.3 attribute((const))

__attribute__((const))用于标记函数为纯函数（Pure Function）。纯函数是指函数的返回值仅依赖于输入参数，而不受其他因素的影响，也不会对程序的状态产生任何可观察的副作用。

以下是关于__attribute__((const))的一些要点：

  1. 纯函数属性：通过将函数标记为__attribute__((const))，指示编译器该函数是一个纯函数。这意味着函数的返回值仅由函数的参数决定，并且在同样的输入下，函数的返回值始终相同。

  2. 优化机会：将函数标记为纯函数有助于编译器进行优化。编译器可以假设对于相同的输入参数调用纯函数的两个位置，其返回值也必定相同。这种假设使得编译器可以进行常量传播（constant propagation）、公共子表达式消除（common subexpression elimination）等优化操作。

  3. 副作用限制：纯函数不应该对程序状态产生可观察的副作用。它们不应修改全局变量、静态变量，也不应进行I/O操作或内存分配等可能改变程序状态的操作。

  4. 示例用法：以下是一个示例函数，展示如何使用__attribute__((const))标记函数为纯函数：

int square(int x) __attribute__((const));

int square(int x) {
    return x * x;
}

在上述示例中，square函数被标记为纯函数。它只依赖于输入参数x的值，并返回x的平方。由于square函数没有副作用，编译器可以进行进一步优化，例如在常量传播时使用已知的输入值。

总结：__attribute__((const))函数属性用于标记函数为纯函数，以便编译器进行优化。这可以提供更好的代码优化和可读性，并确保函数没有对程序状态产生可观察的副作用。

2. 变量属性

2.1. attribute((aligned))

__attribute__((aligned(n))是GCC和Clang编译器提供的一个属性，用于指定变量、结构体、联合体和数组的对齐方式为n字节对齐。下面是对该属性的详细解释以及几个完整示例：

__attribute__((aligned(n))属性的解释：

  • __attribute__((aligned(n))是GCC和Clang编译器的扩展语法，用于控制内存对齐方式。
  • 它可以应用于变量、结构体、联合体和数组等数据类型的声明。
  • 通过将其放置在声明之后，可以指定所需的对齐方式，其中n表示对齐的字节数。

示例：


#include <stdio.h>

struct Point
{
    char arr[25] __attribute__((aligned(__BIGGEST_ALIGNMENT__))); // 以当前机器支持的最大字节对齐数__BIGGEST_ALIGNMENT__来对齐char数组
    double x;
};

struct Point2
{
    char arr[17] __attribute__((aligned(8))); // 以8字节对齐来对齐char数组
    double x;
};

struct Point3
{
    char arr[25]; 
    double x;
}__attribute__((aligned(__BIGGEST_ALIGNMENT__))); // 以当前机器支持的最大字节对齐数__BIGGEST_ALIGNMENT__来对齐结构体

int main()
{
    struct Point p; // 以16字节对齐的结构体变量

    printf("Size of Point: %zu\n", sizeof(struct Point));
    printf("Size of Point2: %zu\n", sizeof(struct Point2));
    printf("Size of Point3: %zu\n", sizeof(struct Point3));
    return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

attribute((aligned(n)))和#pragma pack(n)的区别
__attribute__((aligned(n))) 和 #pragma pack(n) 都是用于控制内存对齐方式的机制，但它们之间存在一些区别：

  1. 语法：

    • __attribute__((aligned(n))) 是一种在 C 和 C++ 中使用的属性语法，直接应用于变量或结构体的声明。
    • #pragma pack(n) 是一个预处理器指令，需要放置在源代码中的适当位置。

  2. 作用范围：

    • __attribute__((aligned(n))) 可以直接应用于单个变量或结构体的声明，仅影响指定的实体。
    • #pragma pack(n) 影响其所在作用域内的所有变量或结构体的对齐方式，直到遇到另一个 #pragma pack 恢复默认对齐方式。

  3. 兼容性：

    • __attribute__((aligned(n))) 是 GNU C 和一些兼容的编译器支持的语法。它在符合标准的编译器中可能无效或产生不可预测的结果。
    • #pragma pack(n) 是一种更通用的指令，可以在多个编译器上使用，但具体行为可能会因编译器而异。

  4. 细粒度控制：

    • __attribute__((aligned(n))) 允许您对每个变量或结构体进行精确的对齐控制，可以指定不同的对齐方式。
    • #pragma pack(n) 设置了一个全局对齐方式，会对作用范围内的所有变量或结构体生效，并且无法针对特定实体进行个别设置。

2.2. attribute((packed))

attribute((packed)) 和 #pragma pack(1) 的作用是相同的，即指定结构体或变量的紧凑对齐方式。

无论是使用 attribute((packed)) 还是 #pragma pack(1)，它们都会取消默认的对齐规则，使结构体或变量的成员按照紧凑方式存储在内存中，避免因对齐而导致的额外空间浪费或与其他系统的数据格式要求不匹配。


#include <stdio.h>

struct Point
{
    char arr[25];
    double x  __attribute__((packed));
};

int main()
{
    struct Point p; // 以16字节对齐的结构体变量

    printf("Size of Point: %zu\n", sizeof(struct Point));
    return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

3. 类型属性

通过使用 __attribute__，可以为函数、变量、结构体、枚举等类型添加特定的属性，以便在编译过程中进行控制或优化。

以下是一些常用的 __attribute__ 类型属性：

下面是对这几个 __attribute__ 类型属性的简要介绍：

  1. __attribute__((aligned(n)))：这个属性用于指定变量或结构体的对齐方式。通过设置 __attribute__((aligned(n)))，您可以将变量或结构体按照 n 字节对齐。例如，attribute((aligned(4)))` 将变量或结构体按照 4 字节对齐。

  2. __attribute__((packed))：该属性用于指定结构体或变量的紧凑对齐方式。默认情况下，编译器会根据对齐规则将结构体或变量的成员对齐到特定的边界上，以提高访问效率。使用 __attribute__((packed)) 属性可以取消对齐规则，使结构体或变量的成员以紧凑的方式存储。

  3. __attribute__((transparent_union))：透明联合是一种特殊类型的联合，允许将联合成员与外部成员具有相同的地址。使用 __attribute__((transparent_union)) 属性可以在联合类型中启用这种行为。

  4. __attribute__((unused))：该属性用于告诉编译器某个函数或变量可能未被使用。通过添加 __attribute__((unused)) 属性，可以避免编译器产生未使用变量或函数的警告。

  5. __attribute__((deprecated))：使用该属性可以将函数或变量标记为已过时。当使用被标记为过时的函数或变量时，编译器会发出警告，提醒开发者不再推荐使用。

  6. __attribute__((may_alias))：该属性用于指示编译器该类型可能与其他类型进行别名访问，即可能会将不同类型的指针视为相同类型的别名指针。这在某些特定的编程场景中可能会有用。

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