linux中sparce与__be32

linux中sparce与__be32

 be表示big endian，大端，le表示小端。

__be32，__le32都是一样的，其实就是__u32,具体是什么端数据又系统决定的。

网络协议也是采用大端数据。

目前主要是用来发现大小端不匹配的错误。比如往big-endian的寄存器里面写入little-endian的数据。

cpu_to_be32()    /*convert  cpu's byte order to big-endian */

be32_to_cpu()   /*convert big-endian to cpu's byte order */

Sparse是一个C/C++源文件静态分析工具。

__be32，其定义扩展开为：

#define __bitwise __attribute__((bitwise))
typedef unsigned int __u32;
typedef __u32 __bitwise __be32;

__be32只是一个带有bitwise属性的整型类型，而这个属性对gcc本身没有任何作用，所以如果不利用sparse，__be32和__u32没有任何差别，但是如果利用sparse，它就能提供一种超强制的类型匹配检查。

比如下面这段代码：

int __bitwise i;
int __bitwise j;
…
i = j;

最后一句代码是要被sparse告警的，如下：
CHECK /home/lenky/hello/hello.c
/home/lenky/hello/hello.c:17:3: warning: incorrect type in assignment (different base types)
/home/lenky/hello/hello.c:17:3: expected restricted int i
/home/lenky/hello/hello.c:17:3: got restricted int j

而下面这样的代码就没有问题：

int __bitwise i, j;
…
i = j;

根据上面的这个极端例子可以看到，bitwise属性总是创建一个新的数据类型，所以一般的情况就是把bitwise用在typedef内，如前面看到的__be32类型。由于typedef本身会创建一个新数据类型，所以下面这样的代码是没有问题的：

__be32 i;
__be32 j;
…
i = j;

用在typedef内的bitwise貌似功能一已经发挥不了作用，但是正如其命名所示，它还有功能二，即强制安全位运算。这个怎么理解呢？举例来说，我们知道加法运算不是位运算安全的，因为加法运算会导致位循环移动；但与运算（后面有特例）、比较运算就是位运算安全的：

__be32 i;
__be32 j;
…
i += j;
i &= j;

倒数第二句代码将被sparse如下告警：
/home/lenky/hello/hello.c:17:3: warning: bad assignment (+=) to restricted __be32
另外的就是（特例），如果对一个bitwise的short或char做与运算也是不安全的。因为会导致类型提升，即转为int类型，此时可能会导致符号位改变。简而言之，bitwise的功能二就是保证数据位不丢失或循环移动。

我们的GFP_KERNEL就是一个带有bitwise属性的unsigned类型，所以对于GFP_KERNEL的意外操作都将提示告警：

kmalloc(GFP_KERNEL, size);

像上面这种参数搞反的情况，编译器检查不出来，但是sparse却可以。

除了__be32，还有如下类似：
typedef __u16 __bitwise __le16;
typedef __u16 __bitwise __be16;
typedef __u32 __bitwise __le32;
typedef __u32 __bitwise __be32;
typedef __u64 __bitwise __le64;
typedef __u64 __bitwise __be64;

上面这些宏定义头文件linux/types.h内，对于一个__be32变量i，经过前面的分析可以知道如下几点：
1.不同类型之间的赋值将告警：

__be32 i;
__be32 j;
__le32 k;
int t;
…
i = j;  // ok
i = k;  // warning: incorrect type in assignment (different base types)
i =t;  // warning: incorrect type in assignment (different base types)
t = i;  // warning: incorrect type in assignment (different base types)

2.即使是相同类型，如果操作不是位运算安全的，将告警：

__be32 i;
__be32 j;
…
i = i & j;  // ok
i = i << j;  // warning: incorrect type in assignment (different base types)

3.要对这些类型进行安全运输可以先进行强制转换（另外一个__force属性）：

__be32 i;
__be32 j;
__be32 sum;
…
sum = i + j;  // warning: incorrect type in assignment (different base types)
sum = cpu_to_be32(be32_to_cpu(i) + be32_to_cpu(j));  // ok

根据字面意思，__be32等这些类型是用在有字节序（大小端）相关环境的。我们知道网络数据字节序为大端，而我们常用的x86 CPU为小端。假设要打印（printk）一个从网络上接收到数据包的源IP，我们可以这样：

printk(KERN_ALERT "source ip:%d\n", ntohl(iph->saddr));

当然，也可以这样：

printk(KERN_ALERT "source ip:%d\n", __be32_to_cpu(iph->saddr));

而大多数情况一般都是利用ntohl，毕竟这个是公开的接口，而带双下划线的__be32_to_cpu用得就比较少了，事实上ntohl就是__be32_to_cpu的宏定义：

#define ___ntohl(x) __be32_to_cpu(x)
#define ntohl(x) ___ntohl(x)

最后介绍一下Sparse的使用，使用非常简单，编译时输入：

make C=2

即可自动调用Sparse进行分析、检查。如果要单独的使用Sparse（详细选项请看man手册）：

sparse hello.c

对于__be32等这些类型，如果没有检查，请注意是否定义了__CHECK_ENDIAN__宏，因为根据头文件linux/types.h内代码，只有当定义了__CHECK_ENDIAN__宏时，__bitwise才有效：

#ifdef __CHECK_ENDIAN__
#define __bitwise __bitwise__
#else
#define __bitwise
#endif