GNU C library 笔记

内容：Introduction 和 Error Reporting
1. glibc 所实现全部或者部分规范下的功能有

• ISO C: The international standard for the C programming language.
• POSIX: The ISO/IEC 9945 (aka IEEE 1003) standards for operating systems.
• Berkeley Unix: BSD and SunOS.
• SVID: The System V Interface Description.
• XPG: The X/Open Portability Guide.

如果只需要 ISO C 的功能，可以在编译时使用 -ansi 选项。glibc 实现了全部的 ISO C 功能。POSIX 是 ISO C 的超集，它额外的包括了 file system interface primitives、device-specific terminal control functions、process control functions。Berkeley Unix 实现了前两者多数功能，源于 4.2 BSD、4.3 BSD, and 4.4 BSD Unix 系统（一般称为 Berkeley Unix）以及 SunOS （基于 4.2 BSD 但是又实现了 System V 的部分功能），它额外的包括了 symbolic links、the select function、BSD signal functions、sockets。SVID 是 System V Interface Description，也就是描述 AT&T Unix System V operating system 的一份文档，某种意义上是 POSIX 的超集，但是没有已有的 Unix 实现了其全部功能，glibc 也仅仅实现了其部分功能。它额外实现的功能包括 the methods for inter-process communication（IPC）、shared memory、hsearch、drand48 系列函数、fmtmsg、一些其他的数学函数。XPG（The X/Open Portability Guide）描述了什么样的系统满足类 Unix 系统的基本需要，glibc 服从该要求。

2. 头文件里面某些函数的实现使用 macro 做到的，理由是一般这样会更快。但是不需要区别他们，因为一般定义了同名的函数，如 abs(int) 既有函数定义也有 macro 定义，使用 & 操作时，由于 macro 调用时不能匹配到 () 因此仍然能取到函数的地址。如果需要显式的调用函数可以用 () 将函数名包围，如 (abs)(3)，又或者使用 #undef abs 将定义过的 macro 取消。

3. ISO C 允许重复 #include 头文件，但是 glibc 使用了 #define #ifndef 等预处理器命令避免了同一头文件重复装载，因此可以放心的 #include glibc 的头文件。

4. 除了 ISO C 定义的一些保留字，由于 glibc 实现了一些额外的功能，建议不要使用可能与之冲突的一些命名方式。

5. 如何开启某种标准下 glibc 的功能。前面提到可以利用 -ansi 仅仅使用 ISO C 以内的功能。其他的通过定义 macro 实现条件编联，实现方式分两种，可以在 .c 里面 #define，或者用 -D 把这个 macro 传递给 gcc。为了实现 POSIX 的功能，应定义 _POSIX_SOURCE （_POSIX_C_SOURCE 决定实现的 POSIX 标准类型，如 1、2、>3 实现的功能逐步增多）。类似的有 _BSD_SOURCE、_SVID_SOURCE、_XOPEN_SOURCE。为了处理大文件产生的问题，应定义 _LARGEFILE_SOURCE，又比如 64 位文件系统应定义 _LARGEFILE64_SOURCE。_ISOC99_SOURCE 允许使用 ISO C 99 的标准。_GNU_SOURCE 将允许使用全部的 glibc 的功能。

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

int
main( int argc, char *argv[] )
{
  printf( "%s\n%s\n%s\n", argv[0],
          program_invocation_short_name,
          program_invocation_name ) ;

  return 0 ;
}

该例子给出了如何使用非 ISO C 的 program_invocation_(short_)name 变量（程序名带或者不带路径）的例子。使用 _REENTRANT 和 _THREAD_SAFE 时保证使用对应的函数。

6. error handling 模型，这种依赖于全局变量 errno 的做法 ms 被 BS bs 了 -.-b 指责的原因是不能处理多线程倒是文档中解释了如何处理 signal handling 时 errno 的处理（先备份，再修改以免丢失），但是如果忘了这样做可能会把一些潜在的错误覆盖掉，其错误的定义在 errno.h 文件中。可使用 string.h 里面的 strerror( int errno ) 获得该 errno 下的一个字符串解释，但是有更简单的函数，如 perror( const char * ) 输出指定字符串后加上一个冒号和空格再输出错误解释（errno.h）。有一些功能更强大的函数 strerror_r 将字符串写入指定的缓存（多线程时需要），另外为了使得输出更统一（符合 GNU Coding Standard），在 error.h 中定义了一些更加方便的函数，如 error 系列 err 系列，在解析文件时可以用到的 error_at_line 系列、warn 系列。注意 error 函数可以指定一个调用 exit 的值，
这样就不会返回了，但是可以让其返回增大 error_message_count。

内容：Memory

1. 几个基本概念，page、frame、paging、segment。
进程分配内存的两种模式，一个使用 exec 系列函数，一个使用 programmatically（malloc 等函数）。
重要的 segment 有 text segment（存放代码等等，一般在进程的生命周期中不变）、data segment
（存放数据，可以用一些函数来调整大小，但是低位端位置不变）、stack segment（随着使用的堆栈
变大而变大，但不变小...）

2. 内存的静态分配和自动分配。前者是对于 static 变量或者全局变量，一旦开始就分配，即一直存在到最后。
后者是临时变量，如调用函数。值得注意的是：

In GNU C, the size of the automatic storage can be an expression that
varies. In other C implementations, it must be a constant.

3. 内存的动态分配不为 C 语言本身支持，不像 C++。基本方法是

void * malloc (size_t size)

分配到的内存没有初始化（calloc 会做清零，clear allocate），因此可以用 memset 来
进行初始化。分配后应检测返回指针是否为 NULL。malloc 返回的一个块多数情况下对齐
（这样可以存储任意类型的数据）过了，地址为 8 的倍数（64 位系统里面是 16 的倍数），
在一些特殊情况下（page 的边界）可以利用 memalign、posix_memalign、vlign 来返回
对齐（2 的幂次）的内存块。free 的内存很少被返还给操作系统，多数情况被留作后面
malloc 使用。如果需要调整已经 malloc 的块的大小，使用 realloc。glibc 不会将分配的块
对 2 的幂次进行向上取整。

4. 一次性分配很大的内存（大于一个 page）会使用向 2 的幂次取整的策略，使用 mmap
相关的函数 mallopt，这种分配得到的内存在 free 时会返回给操作系统。

5. 如何调整 malloc 的行为？使用 mallopt 调整一些参数的值（malloc.h），如
M_TRIM_THRESHOLD（返回给 OS 的内存的一个阈值）、M_MMAP_THRESHOLD
（大于此值的内存分配请求使用 mmap 系统调用）等等。

6. 分配的内存来自堆（heap），可以用

int mcheck (void (*abortfn) (enum mcheck_status status))

来检查分配内存的一致性，调用在 malloc 之前。

enum mcheck_status mprobe (void *pointer)

为特定的一块内存做检查。这都是 GNU extension。（mcheck.h）