嵌入式C語言自我修養 02：Linux 內核驅動中的指定初始化

2.1 什麼是指定初始化

在標準 C 中，當我們定義並初始化一個數組時，常用方法如下：

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

按照這種固定的順序，我們可以依次給 a[0] 和 a[8] 賦值。因為沒有對 a[9] 賦值，所以編譯器會將 a[9] 預設設置為0。當數組長度比較小時，使用這種方式初始化比較方便。當數組比較大，而且數組裡的非零元素並不連續時，這時候再按照固定順序初始化就比較麻煩了。

比如，我們定義一個數組 b[100]，其中 b[10]、b[30] 需要初始化，如果還按照前面的固定順序初始化，{}中的初始化數據中間可能要填充大量的0，比較麻煩。

那怎麼辦呢？C99 標準改進了數組的初始化方式，支持指定任意元素初始化，不再按照固定的順序初始化。

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

通過數組索引，我們可以直接給指定的數組元素賦值。除此之外，一個結構體變數的初始化，也可以通過指定某個結構體域直接賦值。

因為 GNU C 支持 C99 標準，所以 GCC 編譯器也支持這一特性。甚至早期不支持 C99，只支持 C89 的 GCC 編譯器版本，這一特性也被當作一個 GCC 編譯器的擴展特性來提供給程式員使用。

2.2 指定初始化數組元素

在 GNU C 中，通過數組元素索引，我們就可以給某個指定的元素直接賦值。

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

在{ }中，我們通過 [10] 數組元素索引，就可以直接給 a[10] 賦值了。這裡有個細節註意一下，就是各個賦值之間用逗號 “,” 隔開，而不是使用分號“；”。

如果我們想給數組中某一個索引範圍的數組元素初始化，可以採用下麵的方式。

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;   
}

在這個程式中，我們使用 [10 ... 30] 表示一個索引範圍，相當於給 a[10] 到 a[30] 之間的20個數組元素賦值為1。

GNU C 支持使用 ... 表示範圍擴展，這個特性不僅可以使用在數組初始化中，也可以使用在 switch-case 語句中。比如下麵的程式：

#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;
}

在這個程式中，當 case 值為2到8時，都執行相同的 case 分支，可以通過 case 2 ... 8: 的形式來簡化代碼。這裡同樣也有一個細節需要註意，就是 ... 和其兩端的數據範圍2和8之間也要空格，不能寫成2...8的形式，否則編譯就會通不過。

2.3 指定初始化結構體成員變數

跟數組類似，在標準 C 中，結構體變數的初始化也要按照固定的順序。在 GNU C 中我們也可以通過結構域來初始化指定某個成員。

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;
}

在程式中，我們定義一個結構體類型 student，然後分別定義兩個結構體變數 stu1 和 stu2。初始化 stu1 時，我們採用標準 C 的初始化方式，即按照固定順序直接初始化。初始化 stu2 時，我們採用 GNU C 的初始化方式，通過結構功能變數名稱 .name 和 .age，我們就可以給結構體變數的某一個指定成員直接賦值。非常方便。

2.4 Linux 內核驅動註冊

在 Linux 內核驅動中，大量使用 GNU C 的這種指定初始化方式，通過結構體成員來初始化結構體變數。比如在字元驅動程式中，我們經常見到這樣的初始化：

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

在驅動程式中，我們經常使用 file_operations 這個結構體變數來註冊我們開發的驅動，然後以回調的方式來執行我們驅動實現的相關功能。結構體 file_operations 在 Linux 內核中的定義如下：

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
  };

結構體 file_operations 裡面定義了很多結構體成員，而在這個驅動中，我們只初始化了部分成員變數，通過訪問結構體的成員來指定初始化，非常方便。

2.5 指定初始化的好處

這種指定初始化方式，不僅使用靈活，而且還有一個好處就是：代碼易於維護。尤其是在 Linux 內核這種大型項目中，幾萬個文件，幾千萬的代碼量，當成百上千個文件都使用 file_operations 這個結構體類型來定義變數並初始化時，那麼一個很大的問題就來了：如果採用標準 C 那種按照固定順序賦值，當我們的 file_operations 結構體類型發生改變時，如添加成員、減少成員、調整成員順序，那麼使用該結構體類型定義變數的大量 C 文件都需要重新調整初始化順序，牽一發而動全身，想想這是多麼可怕！

我們通過指定初始化方式，就可以避免這個問題。無論file_operations 結構體類型如何變化，添加成員也好、減少成員也好、調整成員順序也好，都不會影響其它文件的使用。有了指定初始化，再也不用加班修改代碼了，媽媽再也不用擔心我們整日加班，不回家吃飯了，多好！