Tips of Linux C programming

1. 优雅地使用链表

链表是编程中经常要用到的数据结构，结构体描述时分为数据域和指针域，本没有什么好讲。但有没有想过教科书上的这种方式有什么问题？通过这种方式定义和使用链表，对于不同的链表类型，都要定义各自的链表结构，繁琐的很。linux kernel中链表的用法才应该是教科书中出现的。

基本思想：在Linux内核链表中，不是在链表结构中包含数据，而是在数据结构中包含链表节点。

1）链表定义：

struct list_head {
    struct list_head *next, *prev;
};
#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) }

2）链表使用者定义：

struct user_t {
    data domain;
    struct list_head node;
};
struct list_head g_user_list = LIST_HEAD_INIT(g_user_list);

3）通过node定位user_t:

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
#define container_of(ptr, type, member) ({          
    const typeof(((type *)0)->member) * __mptr = (ptr); 
(type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); })
struct user_t* next = container_of(&(g_user_list.next->node), struct user_t, node);

这里用到了container_of，container_of又用到了offsetof。offsetof是通过将结构体起始地址强制对齐到0来计算出node和起始地址的偏移offset；而container_of在node地址基础上减去offset得到user_t结构体的地址并返回user_t。

2. 高效地分支判断

写程序不可避免的需要使用if/else，如何高效地进行分支判断呢？使用likely/unlikely。

#define likely(x)       __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely(x)     __builtin_expect(!!(x), 0)
long __builtin_expect (long EXP, long C)

__builtin_expect是一个GCC内置的函数，语义是表示EXP == C，返回值是表达式的值。这两个宏定义是为了提示编译器正确地进行分支判断的优化。

优化的原理是：通过调整生成汇编代码的顺序，将经常发生的分支代码放在cmp指令之后顺序执行，将不经常发生的分支代码通过jump指令跳过去，从而降低jump指令清空处理器流水线的影响。

3. 汇编实现的原子操作

__asm__ __volatile__(
                       "   lock       ;n"
                       "   addl %1,%0 ;n"
                       : "=m"  (my_var)   //output
                      : "ir"  (my_int), "m" (my_var)  //input
                      :       //modify  /* no clobber-list */
                      );

这条汇编表示给my_var原子加my_int，lock前缀就是用来保证原子性的。

Intel CPU有3种保证原子性的方式，lock前缀是其中之一，原理是通过锁总线来阻止其它处理器操作相应的地址。

4. 0长度数组

定义数组时，长度必须是一个编译时确定的值，如果想使用运行时的值来确定数组的长度，可以使用0长度数组。

struct line {
       int length;
       char contents[0];
     };
struct line *thisline = (struct line *)malloc (sizeof (struct line) + this_length);
thisline->length = this_length;

只有GNU C才支持的特性，对于定义不确定长度的数组非常有用。

5. 三目运算的另类表达

GNU 允许C 语言省略条件表达式中的表达式2省略, 此时表示表达式2与表达式1相同.例如

a = x ? : y;

等价于

a = x ? x : y;

但是如果 x 是一个表达式, 仅求值一次.

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参考文章：

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/l-chain/index.html

http://kernelnewbies.org/FAQ/LikelyUnlikely

http://www.ibiblio.org/gferg/ldp/GCC-Inline-Assembly-HOWTO.html

http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Zero-Length.html

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9D%A1%E4%BB%B6%E8%BF%90%E7%AE%97%E7%AC%A6