struct initialization in C Lang

Introduction

看内核源码关于任务初始化的时候看到一个很奇怪的写法：struct task_struct init_task = INIT_TASK(init_task);，一个没被定义变量怎么可以传给一个函数，用来初始化它自己。

我们把原始代码用一下这个 demo 展示：

struct myStruct {
  struct myStruct *self;
  int a;
  int b;
};

#define INIT_TASK(tsk){\
    .self = &tsk,      \
    .a = 0,            \
    .b = 1,            \
}

int main() {
    struct myStruct init_task = INIT_TASK(init_task);
    /*
     * 展开后：
     * struct myStruct init_task = { .self = &init_task, .a = 0, .b = 1, };
     */
    return 0;
}

What’s this?

INIT_TASK 是一个宏，由于宏是在编译时展开，所以 init_task 其实并不是作为参数被传入的，而是在这里展开。同时 INIT_TASK 只用了 init_task 的地址，而并没有用 init_task 这个结构体本身。
{.self = &tsk, .a = 0, .b = 1,} 是什么？结构体的初始化。

何时分配 `init_task` 的地址

那 init_task 的地址是在什么时候分配的呢？这个结构体的赋值有些复杂，因为涉及到取址。我们看一个简单的例子：

int main(){
    int a = 0;
    return 0;
}

push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
movl   $0x0,-0x4(%rbp)
mov    $0x0,%eax
pop    %rbp

(gdb) p &a
$1 = (int *) 0x7fffffffd5cc
(gdb) p $rbp
$2 = (void *) 0x7fffffffd5d0
# 基地址 rbp: 0x7fffffffd5d0
# movl   $0x0,-0x4(%rbp) 将 0x0 赋值给 rbp-4 也就是 0x7fffffffd5cc

所以这些栈上的变量的地址是基于 rbp 的，也就是说相对地址是由汇编代码决定的，而汇编代码来自 C 的代码。也就是这份代码结构决定了变量 a 的地址的存在。

验证：是否可以用函数来替代宏

既然我们说，宏（INIT_TASK）只使用了 init_task 的地址，而 init_task 的地址是由这份代码结构决定的。也就是说看起来传参传的是一个未定的变量（init_task），其实传的是一个固定的值（&init_task）。那这完全符合函数的操作。

struct myStruct {
  struct myStruct *self;
  int a;
  int b;
};

struct myStruct FUNC_INIT_TASK(struct myStruct * tsk){
    tsk->self = tsk;
    tsk->a=0;
    tsk->b=0;
    return *tsk;
}

int main() {
    struct myStruct func_init_task = FUNC_INIT_TASK(&func_init_task);
    return 0;
}

结构体内部用结构体本身？

我们把 &init_task 赋给了 init_task.self，看起来有点像“鸡生蛋，蛋生鸡”的问题，其实不然，就像上节中说的，&init_task 和 init_task 是两回事，对 &init_task 我们只是借用了 init_task 来取到这个地址。来看一个真正的“鸡生蛋，蛋生鸡”的代码：

struct myStruct {
  struct myStruct self; // field has incomplete type 'struct myStruct' (ccls 2)
  int a;
  int b;
};

#define INIT_TASK(tsk){\
    .self = tsk,       \
    .a = 0,            \
    .b = 1,            \
}

int main() {
    struct myStruct init_task = INIT_TASK(init_task);
    return 0;
}

我们会发现，linter 直接在定义结构体的时候就报错了，因为它不知道 myStruct 有多大，或者说这种定义本身就是一种矛盾：外部的 myStruct 一定比内部的 myStruct 大两个 int 的大小。

其实这个看似“鸡生蛋，蛋生鸡”的问题我们在数据结构中写链表的时候就用到了。

另外，对 64 bit 的 Linux 来说，这个 struct myStruct *self 的本质其实是 long。关于各个变量的长度，有机会再聊聊，Linux 的 long 和 Windows 的 long 是不一样的。（TODO）