RHEL/GCC下的ntoh函数是如何实现的？答案

【问题标题】：How are the ntoh functions implemented under RHEL/GCC?RHEL/GCC下的ntoh函数是如何实现的？
【发布时间】：2013-07-30 23:23:20
【问题描述】：

生产问题导致我们的团队提出以下问题：

在使用 GCC 4.4.6 的 RHEL6 下，ntohs 和 ntohl 是如何实现的？
已知的实现是快还是慢？
我如何才能真正看到为函数生成的汇编代码？

我知道问题背后的含义可能看起来牵强和荒谬，但我被要求进行调查。

所讨论的硬件是一个 Intel 机器、小端序、64 位处理器并以 64 位编译。

【问题讨论】：

GCC.4.4 是一个非常老的 GCC 版本。当前一个是4.8.1。您应该考虑升级您的编译器（请注意，自 GCC 4.4 以来，C++ 支持有了很大改进）
@Basile，4.4是RHEL6上的系统编译器，得到支持和维护，坚持下去也不是没有道理
@BasileStarynkevitch：确实，我使用 GCC 4.7.2 和 4.8.1 进行大多数开发和研发类型的工作，但我们将 4.4 用于生产代码，因为这是随发行版分发的内容。跨度>
@Charles：我认为 RHEL6 标签在这种情况下是相关的。为什么要删除它？
@JohnDibling，给出答案，我实际上建议使用 glibc 进行标记，而不是为 RHEL 6 创建标记，因为这些功能由 glibc 提供，而不是操作系统本身。跨度>

标签： c++ linux gcc glibc gcc4.4

【解决方案1】：

执行以下操作：

test.c

#include <arpa/inet.h>
int main()
{
   volatile uint32_t x = 0x12345678;
   x = ntohl(x);
   return 0;
}

然后编译：

$ gcc -O3 -g -save-temps test.c

并分析生成的test.s 文件，或者运行objdump -S test.o。

在我的机器（Ubuntu 13.4）中，相关的汇编器是：

movl    $305419896, 12(%esp)
movl    12(%esp), %eax
bswap   %eax
movl    %eax, 12(%esp)

提示：

305419896 是十进制的 0x12345678。
12(%esp) 是 volatile 变量的地址。
所有的movl 指令都是针对volatile 的x 的。唯一真正有趣的指令是bswap。
很明显，ntohl 被编译为 inline-intrinsic。

此外，如果我查看test.i（预编译输出），我发现ntohl 就是#defined，就像__bswap_32()，它是一个内联函数，只需调用__builtin_bswap32()。

【讨论】：

谢谢。这非常有帮助。
+1。另请注意，如果没有volatile，GCC 将传播常量并在编译时交换它（glibc 实现使用builtin_constant_p 来实现这一点）。所以这个问题的简短回答是“它是零个或一个指令，所以你可以忽略它”。早在 RHEL 6 之前，这就是事实。

【解决方案2】：

它们由 glibc 而非 GCC 提供，在 /usr/include/bits/byteswap.h 中查找 __bswap_16 和 __bswap_32 函数，它们在启用优化时使用（有关如何使用的详细信息，请参阅 <netinet/in.h>。）
您没有说您使用的是什么架构，在大端系统上它们是无操作的，所以速度非常快！在 little-endian 上，它们是特定于架构的手动优化汇编代码。
使用 GCC 的-save-temps 选项保留中间的.s 文件，或者使用-S 在编译之后和汇编代码之前停止，或者使用http://gcc.godbolt.org/

【讨论】：

抱歉，完全正确。这是一台 x86_64 机器，所以小端。

【解决方案3】：

这些都是在 glibc 中实现的。查看/usr/include/netinet/in.h。他们很可能会依赖 glibc byteswap 宏（我机器上的 /usr/include/bits/byteswap.h）

这些是在我的标题中的汇编中实现的，所以应该很快。对于常量，这是在编译时完成的。

【讨论】：

【解决方案4】：

GCC/glibc 导致 ntohl() 和 htonl() 内联到调用代码中。因此，避免了函数调用开销。此外，每个 ntohl() 或 htonl() 调用都被转换为单个 bswap 汇编器操作。根据“英特尔® 64 和 IA-32 架构优化参考手册”，bswap 在所有当前英特尔 CPU 上的延迟和吞吐量均为“1”。因此，执行 ntohl() 或 htonl() 只需要一个 CPU 时钟。

ntohs() 和 htons() 实现为 8 位旋转。这有效地交换了 16 位操作数的两半。延迟和吞吐量与 bswap 类似。

【讨论】：