(LDD) Ch10-合理使用數(shù)據(jù)類型(轉(zhuǎn)載)
       
      第10章 合理使用數(shù)據(jù)類型
       
       
          在進一步討論更深的主題之前，我們需要先停一停，快速地回顧一下可移植問題。L
      inux1.2版本和2.0版本之間的不同就在于額外的多平臺能力；結(jié)果是，大多數(shù)源代碼級
      的移植問題已經(jīng)被排除了。這意味著一個規(guī)范的Linux驅(qū)動程序也應(yīng)該是多平臺的。
       
       
       
          但是，與內(nèi)核代碼相關(guān)的一個核心問題是，能夠同時存取各種長度已知的數(shù)據(jù)項(例
      如,文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型或者設(shè)備卡上的寄存器)和利用不同處理器的能力(32位和64位的體
      系結(jié)構(gòu),也有可能是16位的)。
       
       

       
       
      當(dāng)把x86的代碼移植到新的體系結(jié)構(gòu)上時，核心開發(fā)者遇到的好幾個問題都和不正確的數(shù)
      據(jù)類型相關(guān)。堅持強數(shù)據(jù)類型以及編譯時使用-Wall -Wstrict-prototypes選項能夠防止
      大部分的臭蟲。
       
       
       
      內(nèi)核使用的數(shù)據(jù)類型劃分為三種主要類型：象int這樣的標(biāo)準(zhǔn)C語言類型，象u32這樣的確
      定數(shù)據(jù)大小的類型和象pid_t這樣的接口特定類型。我們將看一下這三種類型在何時使用
      和如何使用。本章的最后一節(jié)將討論把驅(qū)動器代碼從x86移植到其它平臺上可能碰到的其
      它一些典型問題。
       
       
       
      如果你遵循我提供的這些準(zhǔn)則，你的驅(qū)動程序甚至可能在那些你未能進行測試的平臺上
      編譯并運行。
       
      使用標(biāo)準(zhǔn)C類型
      大部分程序員習(xí)慣于自由的使用諸如int和long這樣的標(biāo)準(zhǔn)類型，而編寫設(shè)備驅(qū)動程序就
      必須細(xì)心地避免類型沖突和潛在的臭蟲。
       
       

       
       
      問題是，當(dāng)你需要“2個字節(jié)填充單位(filler)”或“表示4個字節(jié)字符串的某個東西”
      時，你不能使用標(biāo)準(zhǔn)類型，因為通常的C數(shù)據(jù)類型在不同的體系結(jié)構(gòu)上所占空間大小并不
      相同。例如，長整數(shù)和指針類型在Alpha上和x86上所占空間大小就不一樣，下面的屏幕
      快照表明了這一點：
       
       
       
      morgana% ./datasize
       
      system/machine: Linux i486
       
      sizeof(char) =     1
       
      sizeof(short) =    2
       
      sizeof(int) =      4
       
      sizeof(long) =     4
       
      sizeof(longlong) = 8
       

       
      sizeof(pointer) =  4
       
       
       
      wolf% ./datasize
       
      system/machine: Linux alpha
       
      sizeof(char) =     1
       
      sizeof(short) =    2
       
      sizeof(int) =      4
       
      sizeof(long) =     8
       
      sizeof(longlong) = 8
       
      sizeof(pointer) =  8
       
       
       

       
      sandra% ./datasize
       
      system/machine: Linux sparc
       
      sizeof(char) =     1
       
      sizeof(short) =    2
       
      sizeof(int) =      4
       
      sizeof(long) =     4
       
      sizeof(longlong) = 8
       
      sizeof(pointer) =  4
       
       
       
      datasize程序是一個可以從在O'Reilly FTP站點的misc-progs目錄下獲得的小程序。
       
       
       

       
      在混合使用int和long類型時，你必須小心，有時有很好的理由這樣做，一種情形就是內(nèi)
      存地址，一涉及到內(nèi)核，內(nèi)存地址就變得很特殊。雖然概念上地址是指針，但是通過使
      用整數(shù)類型，可以更好地實現(xiàn)內(nèi)存管理；內(nèi)核把物理內(nèi)存看做一個巨大的數(shù)組，內(nèi)存地
      址就是這個數(shù)組的索引。而且，一個指針很容易被取地址(deference)，而使用整數(shù)表示
      內(nèi)存地址可以防止它們被取地址，這正是人們所希望的(比使用指針更安全)。因而，內(nèi)
      核中的地址屬于unsigned long類型，這是利用了指針和長整數(shù)類型大小總是相同這一事
      實，至少在所有Linux當(dāng)前支持的平臺上是這樣的。我們等著看看將來把Linux移植到不
      符合這一規(guī)則的平臺上的時候，會發(fā)生些什么。
       
      分配確定的空間大小給數(shù)據(jù)項
      有時內(nèi)核代碼需要指定大小的數(shù)據(jù)項，或者用來匹配二進制結(jié)構(gòu)*或者用來在結(jié)構(gòu)中插入
      填充字段對齊數(shù)據(jù)。
       
       
       
      為此目的，內(nèi)核提供如下的數(shù)據(jù)類型，它們都在頭文件<asm/types.h>中聲明，這個文件
      又被頭文件<linux/types.h>所包含：
       
       
       
      u8;    /* 無符號字節(jié)(8位) */
       

       
      u16;   /* 無符號字(16 位) */
       
      u32;   /* 無符號32位數(shù)值 */
       
      u64;   /* 無符號64位數(shù)值 */
       
       
       
      這些數(shù)據(jù)類型只能被內(nèi)核代碼所訪問(也即，在包含頭文件<linux/types.h>之前必須先
      定義__KERNEL__)。相應(yīng)的有符號類型也是存在的，但一般不用；如果你需要使用它們的
      話，只要把名字中的u替換為s就可以了。
       
       
       
      如果用戶空間的程序需要使用這些類型，可以在這些名字前面添加2個下劃線：__u8和其
      它類型是獨立于__KERNEL__定義的。例如，如果一個驅(qū)動程序需要通過ioctl系統(tǒng)調(diào)用與
      一個運行在用戶空間內(nèi)的程序交換二進制結(jié)構(gòu)的話，頭文件必須將結(jié)構(gòu)中的32位字段定
      義為__u32。
       
       
       
      重要的是要記住這些類型特定于Linux，使用它們就會防礙軟件向其他Unix變體的移植。

      重要的是要記住這些類型特定于Linux，使用它們就會防礙軟件向其他Unix變體的移植。
      但是，有些情況下也需要明確說明數(shù)據(jù)大小，而標(biāo)準(zhǔn)頭文件(在每個Unix系統(tǒng)上都能找到
      的)并未聲明較合適的數(shù)據(jù)類型。
       
       
       
      你也許注意到，有時內(nèi)核也使用一般的數(shù)據(jù)類型，象unsigned int，用于那些大小與體
      系結(jié)構(gòu)無關(guān)的項。這通常是為了向后兼容。當(dāng)u32及其相關(guān)類型在1.1.67版本引入時開發(fā)
      者沒辦法把存在的數(shù)據(jù)類型改成新類型，因為當(dāng)結(jié)構(gòu)字段和賦予的值之間類型不匹配時
      ，編譯器會發(fā)出警告+。Linus當(dāng)初可沒預(yù)料到為自己使用而編寫的這個操作系統(tǒng)會發(fā)展
      成為多平臺的；因此，一些舊的結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型定義上不是很嚴(yán)格。
       
      接口特定的類型
      內(nèi)核中最常使用的數(shù)據(jù)類型有它們自己的typedef聲明，這樣就防止了任何移植上的問題
      。例如，進程號(pid)通常使用pid_t，而不是int。使用pid_t屏蔽了任何實際數(shù)據(jù)類型
      之間可能的差別。我使用“接口特定”這種表述來指代特定數(shù)據(jù)項的編程接口。
       
       
       
      屬于指定“標(biāo)準(zhǔn)”類型的其它數(shù)據(jù)項也可以認(rèn)為是接口特定的。比如，一個jiffy計數(shù)總
      是屬于unsigned long類型的，獨立于它的實際大小－你喜歡那么頻繁地使用jiffy_t類
      型么？這里我關(guān)注的是接口特定類型的第一類，那些以_t結(jié)尾的類型。
       

       
       
       
      _t類型完整的列表在頭文件<linux/types.h>中，但是該列表幾乎沒什么用。當(dāng)需要一個
      特定類型時，你可以在你要調(diào)用的函數(shù)原型或者使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中找到它。
       
       
       
      只要你的驅(qū)動程序使用了需要這種“定制”類型的函數(shù)，又不遵循慣例的時候，編譯器
      都會發(fā)出一個警告；如果你打開-Wall編譯開關(guān)并且細(xì)心地去除了所有警告，你就可以自
      信你的代碼是可移植的了。
       
       
       
      _t數(shù)據(jù)項的主要問題是當(dāng)你需要打印它們的時候，并不總是容易選擇正確的printk或者p
      rintf格式，并且你在一種體系結(jié)構(gòu)上排除了的警告，在另一種體系結(jié)構(gòu)上可能又會出現(xiàn)
      。例如，當(dāng)size_t在一些平臺上是unsigned long，而在另外一些平臺上卻是unsigned
      int時，你怎么打印它呢？
       
       
       
      任何時候，當(dāng)你需要打印一些特定接口的數(shù)據(jù)的時候，最行之有效的方法就是，把它強
      制轉(zhuǎn)換成最可能的類型(通常是long或unsigned long類型)，然后把它用相應(yīng)的格式打印

      制轉(zhuǎn)換成最可能的類型(通常是long或unsigned long類型)，然后把它用相應(yīng)的格式打印
      出來。這種做法不會產(chǎn)生錯誤或者警告，因為格式和類型相符，而且你也不會丟失數(shù)據(jù)
      位，因為強制類型轉(zhuǎn)換要么是個空操作，要么是將該數(shù)據(jù)項向更大數(shù)據(jù)類型的擴展。
       
       
       
      實際上，通常我們并不會去打印我們討論的這些數(shù)據(jù)項，因此只有顯示調(diào)試信息時才會
      碰到這些問題。更經(jīng)常的，除了把接口特定的類型作為參數(shù)傳遞給庫或內(nèi)核函數(shù)以外，
      代碼僅僅只會對它們進行些儲存和比較。
       
       
       
      雖然大多數(shù)情形下，_t類型都是正確的解決方案，但有時候正確的類型也可能并不存在
      。這會發(fā)生在一些還沒被拋棄的舊接口上。
       
       
       
      在內(nèi)核頭文件中我發(fā)現(xiàn)一處疑點，為 I/O函數(shù)聲明數(shù)據(jù)類型時不是很嚴(yán)格(參見第8章“
      硬件管理”中的“平臺相關(guān)性”一節(jié))。這種不嚴(yán)格的類型定義主要是出于歷史上的原因
      ，但在編寫代碼時卻會帶來問題。就我而言，我經(jīng)常在把參數(shù)交換給out函數(shù)時遇上麻煩
      ；而如果定義了port_t，編譯器將會指出這些錯誤。
       
      其它與移植有關(guān)的問題