c - 在内核空间中实现可变参数的可移植方法？

Question

我想知道是否可以在 C 或汇编中实现可变参数宏。

我希望至少 va_start() 是一个 C 宏，但看起来这可能不可能。我看到过不同问题的其他答案，说在 C 中不可能做到这一点，因为你必须依赖未定义的行为。

就上下文而言，我正在编写一个内核，我不想依赖任何特定的 C89 编译器或类 UNIX 汇编器。使用任何 C 编译器构建源代码对于该项目都很重要。保持简单是另一个目标，不幸的是，支持诸如可变参数之类的东西在某些架构(amd64 ABI)上似乎很复杂。

我知道 __builtin_va_start(v,l)、__builtin_va_arg(v, l) 等宏存在，但这些宏仅适用于特定编译器？

现在我有用汇编(i386 ABI)编写的内核 printf(, ...) 和panic(, ...) 例程，它们设置 va_list (指向堆栈上第一个 va 参数的指针)并将其传递给vprintf(, va_​​list) 然后使用 va_arg() 宏(用 C 编写)。这不依赖于任何未定义或实现定义的行为，但我更希望所有宏都用 C 编写。

Answer 1

摘要:只是#include <stdarg.h>并使用va_start 符合标准的 C 编译器将支持这一点，即使没有我们通常认为的“C 库”，并且它在必须在裸机上运行的内核中完全可用没有操作系统支持。这也是最可移植的解决方案，并且避免需要依赖于体系结构、编译器或 ABI 的解决方案。

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当然，在编写内核时，您习惯于不使用库工具，例如 <stdio.h> 中的函数。 , <stdlib.h> ，甚至 <string.h> ( printf, malloc, strcpy 等)，或者必须自己编写。但是<stdarg.h>属于不同的类别。它的功能可以由编译器提供，无需操作系统支持或大量库代码，并且在某种意义上，它更像是编译器/语言的一部分，而不是“库”。

从 C 标准的角度来看，有两种一致性实现(参见 C17 第 4 节“一致性”)。应用程序程序员主要考虑符合托管实现，它必须提供 printf等等。但对于内核或嵌入式代码或在裸机上运行的任何其他内容，您想要的是一个符合要求的独立实现(我将简称为CFI)。通俗地说，这就是“只是编译器”，没有“标准库”。但有一些标准 header ，其内容 CFI 仍必须支持，并且 <stdarg.h>是其中之一。其他的类似 <limits.h> , <stddef.h>和<stdint.h>主要是常量、宏和 typedef。

(这种相同的区别一直存在于 C89 中，并保证 <stdarg.h> 可用。)

如果您的内核将使用任何 CFI 构建，那么这几乎是内核可移植性的黄金标准。事实上，在某些时候您将很难不使用一些特定于编译器的功能(例如，内联汇编非常有用)。但是<stdarg.h>不一定是其中之一；使用它实际上并没有放弃任何可移植性。您可以期望针对任何给定架构的任何可用编译器都支持它，其中包括交叉编译器(将配置为使用目标的正确 header )。例如，对于 GNU 系统，<stdarg.h>与 gcc 编译器本身一起提供，而不是与 glibc 标准库一起提供。

作为进一步的保证，直到最近，Linux 内核本身还使用 <stdarg.h>正是这样。 (大约一个月前，有一个 commit 创建自己的 <linux/stdarg.h> 文件，该文件只是从旧版本的 gcc <stdarg.h> 中复制粘贴，并将宏定义为其特定于 gcc 的 __builtin 版本。仅限 Linux无论如何都支持使用 gcc 进行构建，所以这不会伤害他们。但我最好的猜测是这是出于许可原因而完成的 - 提交消息强调他们复制了 GPL 2 版本 - 而不是基于任何技术。)

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相比之下，在汇编中编写可变参数函数自然会将您与特定的体系结构联系起来，如果您想移植到另一个体系结构，它们将是另一件需要重写的事情。并尝试从 C 访问堆栈上的可变参数，使用类似 arg = *((int *)&fixed_arg + 1) 的技巧。 ，是 (a) ABI 相关的，(b) 仅适用于实际在堆栈上传递参数的 ABI，如今除了 x86-32 之外，这种情况并不多，(c) 是可能被“错误编译”的未定义行为” 一些编译器。最后，像__builtin_va_start这样的东西严格依赖于编译器(在本例中为 gcc 和 clang)，并使用 <stdarg.h>并不更糟，因为 gcc 的 <stdarg.h>仅包含类似 #define va_start __builtin_va_start 的宏.