strlen 性能实现

Question

这是一个多用途的问题：

• 这与glibc strlen 实现相比如何？
• 有没有更好的方法来解决这个问题以及自动矢量化。

#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <limits.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>

/* Todo: Document */
#define WORD_ONES_LOW   ((size_t)-1 / UCHAR_MAX)
#define WORD_ONES_HIGH  (((size_t)-1 / UCHAR_MAX) << (CHAR_BIT - 1))

/*@doc
 * @desc: see if an arch word has a zero
 * #param: w - string aligned to word size
 */
static inline bool word_has_zero(const size_t *w)
{
    return ((*w - WORD_ONES_LOW) & ~*w & WORD_ONES_HIGH);
}

/*@doc
 * @desc: see POSIX strlen()
 * @param: s - string
 */
size_t strlen(const char *s)
{
    const char *z = s;

    /* Align to word size */
    for (; ((uintptr_t)s & (sizeof(size_t) - 1)) && *s != '\0'; s++);

    if (*s != '\0') {
        const size_t *w;

        for (w = (const size_t *)s; !word_has_zero(w); w++);
        for (s = (const char *)w; *s != '\0'; s++);
    }

    return (s - z);
}

Answer 1

嗯，这个实现基于与您链接的 glibc 实现几乎相同的技巧 (Determine if a word has a zero byte)。它们做的事情几乎相同，除了在 glibc 版本中，一些循环被展开并且位掩码被明确地拼写出来。您发布的代码中的ONES 和HIGHS 正是himagic = 0x80808080L 和lomagic = 0x01010101L 形式的glibc 版本。

我看到的唯一区别是 glibs 版本使用稍微不同的标准来检测零字节

if ((longword - lomagic) & himagic)

不执行... & ~longword（与您示例中的HASZERO(x) 宏相比，它与x 执行相同的操作，但还包括~(x) 成员）。显然 glibc 的作者认为这个更短的公式更有效。然而，它可能导致误报。所以他们检查if下的误报。

这确实是一个有趣的问题，什么更有效：单阶段精确测试（您的代码）或两阶段测试，以粗略的不精确检查开始，然后在必要时进行精确的第二次检查（glibc 代码)。

如果您想了解它们在实际性能方面的比较，请在您的平台和数据上对它们进行计时。没有其他办法。

Answer 2

另外，请注意此实现可以在此处读取 char 数组的末尾：

for (w = (const void *)s; !HASZERO(*w); w++);

因此依赖于未定义的行为。

Answer 3

为了回答你的第二个问题，我认为基于字节的 strlen 实现将导致编译器更好的自动矢量化，如果它很聪明并且支持矢量指令集扩展（例如 SSE）已启用（例如与-msse 或适当的-march）。不幸的是，即使编译器可以生成 32 位或 64 位伪矢量化代码（如问题中引用的 C 代码），它也不会导致任何带有缺少这些功能的基线 CPU 的矢量化，如果它足够聪明......