理解strlen实现中的代码

Question

理解strlen实现中的代码

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我有两个问题关于在glibc中string.h库中的strlen函数实现。

该实现使用包含'空洞'的神奇数字。我无法理解它是如何工作的。能否有人帮忙解释一下这个代码片段：

size_t
strlen (const char *str)
{
   const char *char_ptr;
   const unsigned long int *longword_ptr;
   unsigned long int longword, himagic, lomagic;

   /* Handle the first few characters by reading one character at a time.
      Do this until CHAR_PTR is aligned on a longword boundary.  */
   for (char_ptr = str; ((unsigned long int) char_ptr
             & (sizeof (longword) - 1)) != 0;
        ++char_ptr)
     if (*char_ptr == '\0')
       return char_ptr - str;

   /* All these elucidatory comments refer to 4-byte longwords,
      but the theory applies equally well to 8-byte longwords.  */

   longword_ptr = (unsigned long int *) char_ptr;

   /* Bits 31, 24, 16, and 8 of this number are zero.  Call these bits
      the "holes."  Note that there is a hole just to the left of
      each byte, with an extra at the end:

      bits:  01111110 11111110 11111110 11111111
      bytes: AAAAAAAA BBBBBBBB CCCCCCCC DDDDDDDD

      The 1-bits make sure that carries propagate to the next 0-bit.
      The 0-bits provide holes for carries to fall into.  */

    himagic = 0x80808080L;
       lomagic = 0x01010101L;
       if (sizeof (longword) > 4)
       {
           /* 64-bit version of the magic.  */
           /* Do the shift in two steps to avoid a warning if long has 32 bits.  */
           himagic = ((himagic << 16) << 16) | himagic;
             lomagic = ((lomagic << 16) << 16) | lomagic;
         }
       if (sizeof (longword) > 8)
         abort ();

       /* Instead of the traditional loop which tests each character,
          we will test a longword at a time.  The tricky part is testing
          if *any of the four* bytes in the longword in question are zero.  */
       for (;;)
         {
           longword = *longword_ptr++;

           if (((longword - lomagic) & ~longword & himagic) != 0)
         {
           /* Which of the bytes was the zero?  If none of them were, it was
              a misfire; continue the search.  */

           const char *cp = (const char *) (longword_ptr - 1);

           if (cp[0] == 0)
             return cp - str;
           if (cp[1] == 0)
             return cp - str + 1;
           if (cp[2] == 0)
             return cp - str + 2;
           if (cp[3] == 0)
             return cp - str + 3;
           if (sizeof (longword) > 4)
             {
               if (cp[4] == 0)
             return cp - str + 4;
               if (cp[5] == 0)
             return cp - str + 5;
               if (cp[6] == 0)
             return cp - str + 6;
     if (cp[7] == 0)
      return cp - str + 7;
}}}

魔数是用来做什么的？

为什么不直接增加指针直到 NULL 字符并返回计数？这种方法更快吗？为什么？

- Neo

2

在大多数架构上，glibc将使用更快的函数。例如，在现代英特尔芯片上，它使用SIMD扩展来向量化检查。 - rici

1个回答

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Danny_ds · Accepted Answer

这个用于一次性查看 4 个字节（32 位）甚至 8 个字节（64 位），检查它们中是否有一个为零（字符串结束），而不是单独检查每个字节。

以下是一个检查空字节的示例：

unsigned int v; // 32-bit word to check if any 8-bit byte in it is 0
bool hasZeroByte = ~((((v & 0x7F7F7F7F) + 0x7F7F7F7F) | v) | 0x7F7F7F7F);

更多内容请见Bit Twiddling Hacks。

这里使用的是32位示例：

还有一种更快的方法——使用下面定义的haszero（v，1），它只需4个操作，不需要后续验证。它简化为

#define haszero(v) (((v) - 0x01010101UL) & ~(v) & 0x80808080UL)

子表达式（v-0x01010101UL）在任何字节中都将评估为高位设置，每当对应的字节在v中为零或大于0x80。子表达式~v&0x80808080UL计算在v的字节没有其高位设置的字节中设置了高位（因此字节小于0x80）。最后，通过ANDing这两个子表达式，结果是高位集，在其中v中的字节为零，因为第一个子表达式中由大于0x80的值引起的高位设置被第二个子表达式掩码掉。

逐字节查看至少需要与查看完整整数值（寄存器宽度）一样多的cpu周期。在此算法中，检查完整整数以查看它们是否包含零。如果没有，使用少量指令，并可以跳转到下一个完整整数。如果存在零字节，则进一步检查以查看其确切位置。