2.2　C语言中的构造类型及编译相关问题

在实时操作系统内核代码中，大量使用C语言中的构造类型、宏定义、条件编译等，简要概述这些知识，有助于内核代码分析。

2.2.1　C语言中的构造类型

C语言提供了许多种基本的数据类型（如int、float、double、char等）供用户使用，但是由于程序需要处理的问题往往比较复杂，而且多样化，已有的数据类型显然不能满足使用要求。因此，C语言允许用户根据需要自己声明一些类型，用户声明的类型有结构体类型（Structure）、共用体类型（Union）、枚举类型（Enumeration）等，这些类型将不同类型的数据组成一个有机整体，这些数据之间是相互联系的。用户声明的类型也称为构造类型。本书涉及的构造类型主要为结构体类型和枚举类型两种，下面对这两种类型进行介绍。

1.结构体类型

1）结构体的基本概念

C语言允许用户将一些不同类型（当然也可以是相同类型）的元素组合在一起定义成一个新的类型，这种新类型就是结构体。其中的元素称为结构体的成员或者域，且这些成员可以为不同的类型，成员一般用名字访问。结构体可以被声明为变量、指针或数组等，用以实现较复杂的数据结构。

声明一个结构体类型的一般形式如下：

例如，可以通过下面的声明来建立结构体类型：

结构体类型名用作结构体类型的标志，上面声明中的Date就是结构体类型名，大括号内是该结构体中的全部成员，由它们组成一个特定的结构体。上例中的year、month、day等都是结构体中的成员，结构体类型的大小是其成员大小之和。在声明一个结构体类型时必须对各成员都进行类型声明，每一个成员也称为结构体中的一个域。结构体的成员类型可以是另一个结构体类型，也就是说结构体可以嵌套定义。例如：

这样就声明了一个新的结构体类型Student，它向编译系统声明：这是一种结构体类型，包括num、name、sex、age、score、birthday和addr等不同类型的数据项。应当说明，Student是一个类型名，它和系统提供的标准类型（如int、char、float、double）一样，都可以用来定义变量，只不过结构体类型需要事先由用户自己声明而已。实际使用中，根据需要还可以通过typedef关键字将已定义的结构体类型命名为其他各种别名。

2）结构体变量的引用

结构体变量成员引用格式为：

例如：

“.”是成员运算符，它在所有运算符中优先级最高，因此可以把stu1.num和stu1.age当作一个整体来看待，相当于一个变量。如果成员本身又属于一个结构体类型，那么要用若干个“.”运算符，一级一级找到最低一级的成员，只能对最低级的成员进行赋值或存取及运算。例如：

结构体变量成员和结构体变量本身都具有地址，且都可以被引用。例如：

注意：结构体变量的地址主要用作函数参数，传递结构体变量的地址。

3）结构体指针

结构体指针是指存储一个结构体变量起始地址的指针变量。一旦一个结构体指针变量指向了某个结构体变量，就可以通过结构体指针对该结构体变量进行操作。例如，上例中结构体变量stu1，也可以通过指针变量来进行操作：

代码中定义了一个struct Student类型的指针变量p，并将变量stu1的首地址赋值给指针变量p，然后通过指针操作符“-＞”引用其成员进行赋值。（*p）表示p指向的结构体变量，因此（*p）.age也就等价于stu1.age。在本书中，可以看到结构体指针是构建链式存储结构的基础。

4）应用举例

在操作系统中，使用了大量的结构体来存储和描述相关信息。例如，线程控制块是描述线程的基本信息的数据结构，是Mbed OS进行线程调度的基础，其结构体类型声明如下：

可以看到，线程控制块结构体osRtxThread_s成员较多，包括整数类型成员、字符类型成员、osRtxThread_s结构体指针类型成员、osRtxMutex_s结构体指针类型成员、void指针类型成员，并且通过typedef关键字定义了该类型的一个别名osRtxThread_t。

2.枚举类型

1）枚举类型基本概念

枚举类型是C语言另一种构造数据类型，它用于声明一组命名的常数，当一个变量有几种可能的取值时，可以将它定义为枚举类型。所谓“枚举”是指将变量的可能值一一列举出来，这些值也称为枚举元素或枚举常量。变量的值只限于列举出来的值的范围，有效地防止用户提供无效值，该变量可使代码更加清晰，因为它可以描述特定的值。

枚举的声明基本格式如下。

例如：

在C语言程序的编译过程中，枚举元素是作为常量来处理的，它们不是变量，因此不能对它们进行直接赋值，但可以通过强制类型转换来赋值。枚举元素的值按定义的顺序从0开始，如red为0，green为1，blue为2，yellow为3，white为4。枚举元素可以用作判断比较，比较是按其在定义时的顺序号进行比较的。

2）应用举例

本书在描述操作系统内核状态时，将内核状态值定义为枚举类型。例如：

不同的值表示不同状态，枚举类型的成员名清晰地描述了系统内核的当前状态。在后面的章节中，还可以看到其他操作系统一些常用的枚举类型，包括线程状态、线程优先级、系统状态等。

2.2.2　编译相关问题

C语言提供编译预处理的功能，允许在程序中使用几种特殊的命令（它们不是一般的C语句），在C语言编译系统对程序进行常规编译（包括语法分析、代码生成、优化等）之前，先对程序中的这些特殊命令进行预处理，然后将预处理的结果和源程序一起进行常规的编译处理，以得到目标代码。C语言提供的预处理功能主要有宏定义、条件编译和文件包含。

1.宏定义

表达式既可以是数字、字符，也可以是若干条语句。在编译时，所有引用该宏的地方，都将自动被替换成宏所代表的表达式。例如：

2.撤销宏定义

3.条件编译

若表达式成立，则编译#if下的程序，否则编译#else下的程序。#endif为条件编译的结束标志。

条件编译通常用来调试、保留程序（但不编译），或者在需要对两种状况做不同处理时使用。

4.文件包含处理

所谓文件包含是指一个源文件将另一个源文件的全部内容包含进来，其一般形式如下：