嵌入式C语言自我修养 (02)：Linux 内核驱动中的指定初始化

系统管理员 2022-03-22 06:22 231阅读 0赞

### 2.1 什么是指定初始化 ###

在标准 C 中，当我们定义并初始化一个数组时，常用方法如下：

int a[10] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8};

按照这种固定的顺序，我们可以依次给 a\[0\] 和 a\[8\] 赋值。因为没有对 a\[9\] 赋值，所以编译器会将 a\[9\] 默认设置为0。当数组长度比较小时，使用这种方式初始化比较方便。当数组比较大，而且数组里的非零元素并不连续时，这时候再按照固定顺序初始化就比较麻烦了。

比如，我们定义一个数组 b\[100\]，其中 b\[10\]、b\[30\] 需要初始化，如果还按照前面的固定顺序初始化，\{\}中的初始化数据中间可能要填充大量的0，比较麻烦。

那怎么办呢？C99 标准改进了数组的初始化方式，支持指定任意元素初始化，不再按照固定的顺序初始化。

int b[100] ={ [10] = 1, [30] = 2};

通过数组索引，我们可以直接给指定的数组元素赋值。除此之外，一个结构体变量的初始化，也可以通过指定某个结构体域直接赋值。

因为 GNU C 支持 C99 标准，所以 GCC 编译器也支持这一特性。甚至早期不支持 C99，只支持 C89 的 GCC 编译器版本，这一特性也被当作一个 GCC 编译器的扩展特性来提供给程序员使用。

### 2.2 指定初始化数组元素 ###

在 GNU C 中，通过数组元素索引，我们就可以给某个指定的元素直接赋值。

int b[100] = { [10] = 1, [30] = 2 };

在\{ \}中，我们通过 \[10\] 数组元素索引，就可以直接给 a\[10\] 赋值了。这里有个细节注意一下，就是各个赋值之间用逗号 “,” 隔开，而不是使用分号“；”。

如果我们想给数组中某一个索引范围的数组元素初始化，可以采用下面的方式。

int main(void)
    {
        int b[100] = { [10 ... 30] = 1, [50 ... 60] = 2 }；
        for(int i = 0; i < 100; i++)
        {
            printf("%d  ", a[i]);
            if( i % 10 == 0)
                printf("\n");
        }
        return 0;   
    }

在这个程序中，我们使用 \[10 ... 30\] 表示一个索引范围，相当于给 a\[10\] 到 a\[30\] 之间的20个数组元素赋值为1。

GNU C 支持使用 ... 表示范围扩展，这个特性不仅可以使用在数组初始化中，也可以使用在 switch-case 语句中。比如下面的程序：

#include<stdio.h>
    int main(void)
    {
        int i = 4;
        switch(i)
        {
            case 1:
                printf("1\n");
                break;
            case 2 ... 8:
                printf("%d\n",i);
                break;
            case 9:
                printf("9\n");
                break;
            default:
                printf("default!\n");
                break;
        }
        return 0;
    }

在这个程序中，当 case 值为2到8时，都执行相同的 case 分支，可以通过 case 2 ... 8: 的形式来简化代码。这里同样也有一个细节需要注意，就是 ... 和其两端的数据范围2和8之间也要空格，不能写成2...8的形式，否则编译就会通不过。

### 2.3 指定初始化结构体成员变量 ###

跟数组类似，在标准 C 中，结构体变量的初始化也要按照固定的顺序。在 GNU C 中我们也可以通过结构域来初始化指定某个成员。

struct student{
        char name[20];
        int age;
    };
    
    int main(void)
    {
        struct student stu1={ "wit",20 };
        printf("%s:%d\n",stu1.name,stu1.age);
    
        struct student stu2=
        {
            .name = "wanglitao",
            .age  = 28
        };
        printf("%s:%d\n",stu2.name,stu2.age);
    
        return 0;
    }

在程序中，我们定义一个结构体类型 student，然后分别定义两个结构体变量 stu1 和 stu2。初始化 stu1 时，我们采用标准 C 的初始化方式，即按照固定顺序直接初始化。初始化 stu2 时，我们采用 GNU C 的初始化方式，通过结构域名 .name 和 .age，我们就可以给结构体变量的某一个指定成员直接赋值。非常方便。

### 2.4 Linux 内核驱动注册 ###

在 Linux 内核驱动中，大量使用 GNU C 的这种指定初始化方式，通过结构体成员来初始化结构体变量。比如在字符驱动程序中，我们经常见到这样的初始化：

static const struct file_operations ab3100_otp_operations = {
    .open        = ab3100_otp_open,
    .read        = seq_read,
    .llseek        = seq_lseek,
    .release    = single_release,
    };

在驱动程序中，我们经常使用 `file_operations` 这个结构体变量来注册我们开发的驱动，然后以回调的方式来执行我们驱动实现的相关功能。结构体 `file_operations` 在 Linux 内核中的定义如下：

struct file_operations {
            struct module *owner;
            loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
            ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
            ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
            ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
            ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
            int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
            unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
            long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
            long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
            int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
            int (*open) (struct inode *, struct file *);
            int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
            int (*release) (struct inode *, struct file *);
            int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
            int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
            int (*fasync) (int, struct file *, int);
            int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
            ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
            unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *,
                   unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
            int (*check_flags)(int);
            int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
            ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, 
                struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
            ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, 
                struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
            int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
            long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
                      loff_t len);
            void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
            #ifndef CONFIG_MMU
            unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
            #endif
        };

结构体 `file_operations` 里面定义了很多结构体成员，而在这个驱动中，我们只初始化了部分成员变量，通过访问结构体的成员来指定初始化，非常方便。

### 2.5 指定初始化的好处 ###

这种指定初始化方式，不仅使用灵活，而且还有一个好处就是：代码易于维护。尤其是在 Linux 内核这种大型项目中，几万个文件，几千万的代码量，当成百上千个文件都使用 `file_operations` 这个结构体类型来定义变量并初始化时，那么一个很大的问题就来了：如果采用标准 C 那种按照固定顺序赋值，当我们的 `file_operations` 结构体类型发生改变时，如添加成员、减少成员、调整成员顺序，那么使用该结构体类型定义变量的大量 C 文件都需要重新调整初始化顺序，牵一发而动全身，想想这是多么可怕！

我们通过指定初始化方式，就可以避免这个问题。无论`file_operations` 结构体类型如何变化，添加成员也好、减少成员也好、调整成员顺序也好，都不会影响其它文件的使用。有了指定初始化，再也不用加班修改代码了，妈妈再也不用担心我们整日加班，不回家吃饭了，多好！

本文根据《C语言嵌入式Linux高级编程》部分章节改编，视频学习可访问CSDN学院：[https://edu.csdn.net/combo/detail/1038][https_edu.csdn.net_combo_detail_1038]

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