第02节：Linux 内核驱动中的指定初始化

Posted 2021-02-06

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("
");
    }
    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
");
            break;
        case 2 ... 8:
            printf("%d
",i);
            break;
        case 9:
            printf("9
");
            break;
        default:
            printf("default!
");
            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
",stu1.name,stu1.age);

    struct student stu2=
    {
        .name = "wanglitao",
        .age  = 28
    };
    printf("%s:%d
",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！

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