GNU C编译器扩展关键字：__attribute__

目录

一、section

二、aligned

三、packed

四、format

五、weak

六、alias

七、noinline和always_inline

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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，可以知道编译器在编译过程中进行特定方面的优化或代码检查。

目前，__attribute__属性支持十几种属性声明：

section、aligned、packed、format、weak.......

一、section

section属性的作用是在程序编译时，将一个函数或变量放到指定的段，即section中。

一个可执行文件主要由代码段、数据段、BSS段构成。除了这三个段之外，可执行文件还包含其他一些段，如只读数据段，符号表等。在Linux系统中，可以使用readelf -S命令查看一个可执行文件的各个端信息，包括大小、起始地址等。

一般默认规则为

section	组成
代码段(.text)	函数定义、程序语句
数据段(.data)	初始化的全局变量、初始化的静态局部变量
BSS段(.bss)	未初始化的全局变量、未初始化的静态局部变量

 使用举例：

int val0 = 8;
int val1 __attribute__((section(".data")));
int main(void)
{
    return 0;
}

 此时我们用readelf查看，可以发现val1放在了数据段中。

二、aligned

aligned和packed是用来显式指定一个变量的存储对齐方式。aligned一般用来增大变量的地址对齐。

C语言中各种基本数据类型要按照自然边界对齐：一个char型的变量按照1字节对齐，一个short行的整型变量按照sizeof(short int)=2字节对齐，一个int型的整型变量要按sizeof(int)=4字节对齐。

C语言中不仅基本数据类型要按照自然边界对齐，复合数据类型也要按照各自的对其原则对齐。

结构体对齐原则如下：

• 结构体内各成员按照各自数据类型的对齐模数对齐。
• 结构体整体对齐方式：按照最大成员的size或其size的整数倍对齐。

联合体对齐原则如下：

• 联合体的整体大小：最大成员对齐模数或对齐模数的整数倍。
• 联合体的对齐原则：按照最大成员的对齐模数对齐。

如果你想定义一个变量，在内存中以8字节地址对齐，就可以如下：

int a __attribute__((aligned(8)));

 更甚，我们可以显式指定结构体内某个成员的地址对齐，也可以显示指定整个结构体的对齐方式。如：

struct data {
    char a;
    short b __attribute__((aligned(4)));
    int c;
}

struct data {
    char a;
    short b;
    int c;
}__attribute__((aligned(16)));

 需要注意的是，编译器对每个基本数据类型都有默认的最大边界对齐字节数，如果超过了，编译器只能按照它规定的最大对齐字节数给变量分配地址。

总结：通过aligned属性声明，可以显示的指定变量的对齐方式，简化CPU和内存RAM之间的接口和硬件设计，但是也会因为边界对齐造成一定的内存空洞，浪费内存资源。

三、packed

aligned和packed是用来显式指定一个变量的存储对齐方式。packed一般用来减少变量的地址对齐。指定变量或类型使用最可能小的地址对齐方式。

如：

struct data {
    char a;
    short b __attribute__((packed));
    int c __attribute__((packed));
}

struct data {
    char a;
    short b;
    int c;
}__attribute__((packed));

 这两种方式，结构体大小都为7。对整个结构体添加packed属性和分别对每个成员添加packed属性是一样的。

在内核源码中，我们经常看到aligned和packed一起使用，这样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。

struct data {
    char a;
    short b;
    int c;
}__attribute__((packed,aligned(8)));

 这个结构体大小为8。

四、format

format属性可以指定变参函数的参数格式检查。

例如，我们实现一个自己的打印函数，为了确保传入参数的格式正确性，可以添加该属性。如：

#include 
#include 
/*
    va_list：定义在编译器头文件stdarg.h中。
    va_start(fmt, args)：根据参数args的地址，获取args后面参数的地址，并保存在fmt指针变量中
    va_end(args)：释放args指针，将其赋值为NULL
*/

void __attribute__((format(printf,1,2))) my_printf(char a, ...)
{
    va_list args;
    va_start(args, a);
    vprintf(a, args);
    va_end(args);
}

int main(void)
{
    int num = 0;
    my_printf("hello world!\n", num);
    return 0;
}

五、weak

weak属性可以将一个强符号转换为弱符号。

使用方法如下：

void __attribute__((weak)) func(void);
int num __attribute__(weak);

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。

 使用举例：

int a __attribute__((weak)) = 1;

void f(void)
{
    printf("f:a = %d\n", a);
}

int a = 4;

int main(void)
{
    printf("main:a = %d\n", a);
    f();
    return 0;
}

程序运行结果如下：

main:a = 4
f:a = 4

六、alias

alias属性主要用来给函数定义一个别名。

void _f(void)
{
    printf("_f\n");
}

void f() __attribute__((alias("_f")));

int main(void)
{
    f();
    return 0;
}

程序运行结果如下：

_f

通过alias属性声明，我们给_f()函数定义了一个别名f()，以后如果想要调用_f()函数，则直接通过f()调用即可。

在Linux内核中，我们会发现alias有时会和weak属性一起使用。特别是当有些函数随着内核版本升级，函数接口发生了变化，我们可以通过alias属性对这个旧的接口名字进行封装，重新起一个接口名字。

//f.c
void _f(void)
{
    printf("_f()\n");
}

void f() __attribute__((weak, alias("_f")));

//main.c
void __attribute__((weak)) f(void);
void f(void)
{
    printf("f()\n");
}
int main(void)
{
    f();
    return 0;
}

如果我们在main.c中重新定义了f()函数，那么当main()函数调用f()函数时，会直接调用main.c中新定义的函数；当f()函数没有被定义时，则调用_f()函数。

七、noinline和always_inline

这两个属性的用途是告诉编译器，在编译时，对我们指定的函数内联展开或不展开。

使用方法为：

static inline __attribute__((noinline)) int func();
static inline __attribute__((always_inline)) int func();

使用inline声明的函数被称为内联函数，内联函数一般会有一个static或extern修饰。使用inline声明一个内联函数，和使用关键字register声明一个寄存器变量一样，只是建议编译器在编译时内联展开。编译器会根据实际情况（函数体大小、）来做决定。使用register修饰一个变量时，只是建议编译器在为变量分配存储空间时，将这个变量放到寄存器里，使程序的运行效率更高。编译器会根据寄存器资源是否紧张，这个变量的类型及是否频繁使用来做权衡。

但是，我们使用noinline和always_inline对一个内联函数做显式属性声明时，编译器的编译行为就变得确定了：使用noinline声明，就是告诉编译器不要展开；使用always_inline属性声明，就是告诉编译器要内联展开。