c - C : Reasoning for the compilation error while using linker file variables

Question

ARM链接器文件中的代码段:

....
__RW_START_ = .;
    ...
    ...
    ...
    ...
__RW_END_ = .;

__RW_SIZE__ = __RW_END__ - __RW_START_;
....

从以下C源文件中的上方链接器引用变量 RW_START ， RW_END 和 RW_SIZE 。

C源文件中的代码段:

....

#define _MAP_REGION_FULL_SPEC(_pa, _va, _sz, _attr, _gr)        \
        {                                                       \
                .base_pa = (_pa),                               \
                .base_va = (_va),                               \
                .size = (_sz),                                  \
                .attr = (_attr),                                \
                .granularity = (_gr),                           \
        }

#define MAP_REGION(_pa, _va, _sz, _attr)        \
        _MAP_REGION_FULL_SPEC(_pa, _va, _sz, _attr, REGION_DEFAULT_GRANULARITY)

#define MAP_REGION_FLAT(adr, sz, attr) MAP_REGION(adr, adr, sz, attr)


extern unsigned long __RW_START__;
extern unsigned long __RW_END__;
extern unsigned long __RW_SIZE__;

#define BL2_EL3_RW_START (const unsigned long)(&__RW_START__)
#define BL2_EL3_RW_SIZE (const unsigned long) ((&__RW_END__) - (&__RW_START__))   
//#define BL2_EL3_RW_SIZE (const unsigned long) (&__RW_SIZE__)                    
#define LS_BL2_EL3_RW_MEM               MAP_REGION_FLAT(BL2_EL3_RW_START, \
                                        BL2_EL3_RW_SIZE, \
                                        MT_DEVICE | MT_RW | MT_SECURE)
...
...

typedef struct mmap_region {
        unsigned long long      base_pa;
        uintptr_t               base_va;
        size_t                  size;
        mmap_attr_t             attr;
        size_t                  granularity;
} mmap_region_t;

const mmap_region_t plat_ls_mmap = LS_BL2_EL3_RW_MEM;  //compiler error
...
...

问题:解释以下两个观察结果:

如上定义BL2_EL3_RW_SIZE时，

ARM编译器给出以下错误:

错误:初始化元素不是恒定的
.size =(_sz)，\
^

上面定义了BL2_EL3_RW_SIZE(在注释行中)时，

ARM编译器没有错误。

Answer 1

好吧，对于第一个错误，您必须在调用时将传递给宏的确切参数发布，因为您可能已将变量名作为参数传递，并且这需要代码(可执行文件)来检索变量值并将其放在正确的位置(这是is not constant)。通过扩展使用的宏(不发布任何实际的宏扩展，仅发布宏定义)，LS_BL2_EL3_RW_MEM的扩展给出:

MAP_REGION_FLAT(BL2_EL3_RW_START, \
                                    BL2_EL3_RW_SIZE, \
                                    MT_DEVICE | MT_RW | MT_SECURE)

其中第二个参数是扩展为的宏调用

(const unsigned long) ((&__RW_END__) - (&__RW_START__))

它不是常数表达式，因为它涉及两个 long变量地址(即 __RW_END__和 __RW_START__)的求值并计算它们的差(作为C表达式)。当动态变量的地址和指针取消引用的性质是动态且非恒定的时，C语言仅将 &地址运算符视为能够在变量为全局变量时构造常量表达式(这种情况)。这里的问题是，您必须减去两个变量的地址以形成初始化值，并且这需要代码(因此，无法使用数据内联函数来初始化，只有正确的计算才能使用)来初始化 struct字段，常数表达式。您必须为此使用分配。
即使强制转换为 (const unsigned long)，也并不意味着该表达式是一个常量表达式。此处的 const的意思是，此处的表达式值无法进一步修改，应将其视为常量....但这并不意味着您正在解析常量表达式。常量表达式是可以在编译时解决的(实际上，依赖于两个链接器变量的值的表达式不能在编译时确定，您肯定会对此同意)。在当前情况下，这些变量的地址确实是正确的(表达式不是常数)，因为直到链接器将所有段都内联并确定(在第二遍中)偏移量后，这两个变量的位置才知道值和所有内容的地址。
此外，即使 __RW_SIZE__的值(在宏中计算得出的值)也不是常量表达式。它是在链接时计算的，因此在完成编译之前，您无法确定结果值。宏的用途仅用于您无权访问该变量的情况。
最后，最后一种情况(当使用的值是 __RW_SIZE__变量的地址时，编译器没有发出投诉)是，表达式是一个常量……该常量恰好是全局变量的地址。这是在链接时确定的，但是具有恒定的固定值，无需计算。但是您必须考虑一件事... __RW_SIZE__的值是您需要的值，而不是地址，因此，如果用 __RW_SIZE__的地址初始化struct字段，那么您就犯了一个错误，因为地址和 __RW_SIZE__的值是 两种不同的东西(实际上，如果将 __RW_SIZE__的值替换为初始值设定项，则会看到与第一种情况相同的错误，因为在编译时不知道 __RW_SIZE__的内容。)
hell 是一个恒定的表达
常量表达式(编译时)是可以在编译时完全计算的表达式(不是带有 const关键字的东西)编译器允许您放置表达式以方便使用，但是此类初始化程序的编译始终是常量值。这意味着，如果您输入以下内容:

int a = 3 + 2;

编译器将为变量保留空间，并在 .data段中填充四个字节并在其上填充常量 5(编译器将计算值，而不是生成用于计算值的代码)
这使得像

#define RAD_TO_DEGREES (180.0 / MATH_PI)

成为可能的初始化程序，因为编译器可以计算除法并将变量 RAD_TO_DEGREES初始化为适当的常数。
但是，如果您输入以下内容:

double SIN_OF_30 = cos(30.0 / RAD_TO_DEGREES);

让我们看看会发生什么...。编译器首先解释表达式，然后计算 sin函数的参数。 RAD_TO_DEGREES恰好是在编译时就知道的 57.2957795(请注意，不是使用该值定义了变量并对其进行了初始化，而是在计算中使用了该变量，因为该变量只有该值是只有您知道的东西，编译器不知道。这导致了 0.5235988的参数值，但随后出现了问题。 sin(3)函数是来自数学标准库的数学函数，因此编译器必须执行该函数才能计算 0.5的最终值，因此即使最终变量已定义为 const，这也仍然是 不是常数表达式。仅当您避免通过 sin()传递时，您才有一个常量表达式。所以你可以使用

double SIN_OF_30 = 0.5;
double COS_OF_30 = 0.8660;

但不是

double SIN_OF_30 = sin(30.0 / RAD_TO_DEG);
double COS_OF_30 = cos(30.0 / RAD_TO_DEG);

对于自动变量，这并不成立，因为初始化是在运行时完成的，因此编译器会生成必要的代码来对其进行初始化

int main()
{
    double SIN_OF_30 = sin(30.0 / RAD_TO_DEG);
    double COS_OF_30 = cos(30.0 / RAD_TO_DEG);
}

是完全有效的。每次您输入main函数时，都会在堆栈中创建两个变量，并使用您放置在其中的表达式的值结果(不必是常量的编译时表达式)进行初始化。