文章目录

• 1. Linux的errno和指针

• 1.1. 整型和指针类型转换

• 2. C语言中整型数据的存储和数据类型转换原理

• 2.1. 负数的强制类型转换
• 2.2. 强制数据类型降级

• 3. 测试程序

• 3.1. ARM测试结果
• 3.2. ARM64测试结果

1. Linux的errno和指针

常见的Linux函数返回值类型包括整型和指针，内核中这两种返回值类型的函数会互相调用。Linux的errno为整型，为了与errno对应，Linux将指针分为3种：

• 空指针：NULL，地址为0
• 异常指针：地址空间的高4095字节。0xfffff001 - 0xffffffff(32位)和0xfffffffffffff001 - 0xffffffffffffffff(64位)
• 普通指针

errno的最大值MAX_ERRNO在err.h定义，值为4095。关于变量转换类型后的值，可以使用测试程序来进行测试。

long

void *(arm)

unsigned long(arm)

void *(arm64)

unsigned long(arm64)

0

(nil)

0

(nil)

0

-1

0xffffffff

0xFFFFFFFF

0xffffffffffffffff

0xFFFFFFFFFFFFFFFF

-MAX_ERRNO

0xfffff001

0xFFFFF001

0xfffffffffffff001

0xFFFFFFFFFFFFF001

为了处理两种数据类型的转换，内核提供了include/linux/err.h。

1.1. 整型和指针类型转换

interface

input

output

function

IS_ERR_VALUE

any

bool

强制转换为unsigned long后，判断是否大于(unsigned long)-MAX_ERRNO

ERR_PTR

long

void *

errno转指针

PTR_ERR

pointer

long

指针转errno

IS_ERR

pointer

bool

判断指针是否异常

IS_ERR_OR_NULL

pointer

bool

判断指针是否异常或NULL

ERR_CAST

pointer

void *

将任意类型的指针转为void型指针

PTR_ERR_OR_ZERO

pointer

int

如果是异常指针，返回指针对应的errno，否则返回0

2. C语言中整型数据的存储和数据类型转换原理

其实，在C语言中，数值是以补码的形式存储的，正数存储的内容就是其本身(原码)，负数补码的计算方法如下：

取绝对值

取反码，也就是对每一位取反

对反码加1，得到补码

以char型为例，-1在内存中的表示计算方法如下：

取反码 反码加1 0000 0001 1111 1110 1111 1111

关于为什么使用补码存储数据，可以参整数在内存中是如何存储的，为什么它堪称天才般的设计。

2.1. 负数的强制类型转换

做强制类型转换时，就是把内存中的数据(补码)看作要转换的类型。将-1强制转换为unsigned char型时，就可得到值为0xFF，以此类推，可知将-转换为unsigned long时，值为0xFFFFFFFF(32位)或0xFFFFFFFFFFFFFFFF(64位)。同样的道理-4095转换为unsigned long时，值为0xFFFFF001(32位)或0xFFFFFFFFFFFFF001(64位)。需要注意的是，类型转换是临时的，转换的结果也会保存到临时的内存空间，不会改变数据本来的类型或者值。

2.2. 强制数据类型降级

数据类型级别从高到低为：

unsigned long long long long unsigned long long unsigned int int unsigned short short unsigned char char

从高级到低级转换时，超出数值位数的高位部分将被丢弃。另外，降级转换也是是临时的。

3. 测试程序

#include <stdio.h> #include <string.h> #define MAX_ERRNO 4095 union err_t { int i; long l; unsigned int ui; unsigned long ul; void *p; char ch[sizeof(unsigned long)]; }; static void test(long val) { union err_t err; memcpy(&err, &val, sizeof(val)); printf("int: %d\n", err.i); printf("long: %ld\n", err.l); printf("unsigned int: %u, 0x%08X\n", err.ui, err.ui); printf("unsigned long: %lu, 0x%08lX\n", err.ul, err.ul); printf("void *: %p\n", err.p); } int main(void) { printf("\ntesting: 0\n"); test(0); printf("\ntesting: -1\n"); test(-1); printf("\ntesting: -MAX_ERRNO\n"); test(-MAX_ERRNO); #if 0 printf("\ntesting: -4096\n"); test(-4096); #endif return 0; }

3.1. ARM测试结果

交叉编译后使用QEMU运行查看结果。

arm-linux-gnueabihf-gcc -static -o err_arm err.c qemu-arm err_armtesting: 0 int: 0 long: 0 unsigned int: 0, 0x00000000 unsigned long: 0, 0x00000000 void *: (nil) testing: -1 int: -1 long: -1 unsigned int: 4294967295, 0xFFFFFFFF unsigned long: 4294967295, 0xFFFFFFFF void *: 0xffffffff testing: -MAX_ERRNO int: -4095 long: -4095 unsigned int: 4294963201, 0xFFFFF001 unsigned long: 4294963201, 0xFFFFF001 void *: 0xfffff001

3.2. ARM64测试结果

交叉编译后使用QEMU运行查看结果。

aarch64-linux-gnu-gcc -static -o err_aarch64 err.c qemu-aarch64 err_aarch64testing: 0 int: 0 long: 0 unsigned int: 0, 0x00000000 unsigned long: 0, 0x00000000 void *: (nil) testing: -1 int: -1 long: -1 unsigned int: 4294967295, 0xFFFFFFFF unsigned long: 18446744073709551615, 0xFFFFFFFFFFFFFFFF void *: 0xffffffffffffffff testing: -MAX_ERRNO int: -4095 long: -4095 unsigned int: 4294963201, 0xFFFFF001 unsigned long: 18446744073709547521, 0xFFFFFFFFFFFFF001 void *: 0xfffffffffffff001