用指針低三位存放額外資訊的優化方法

• 2022 年 4 月 30 日
• 筆記
• C++

一種用指針低三位存放額外資訊的優化方法

在8位元組對齊的情況下指針的低三位都是0，在某些情況下我們需要維持跟指針對應的額外資訊，例如標誌位，但是又不想為此創建一個結構體，那就可以利用指針的低三位來存儲額外資訊。

比如說我們希望原子操作的類型是64位的數據，這樣可以利用CMPXCHG機器指令實現CAS操作，即我們希望定義std::atomic<T *>的變數實現原子操作，而不希望定義std::atomic<S>，S為某個結構體。這時候就可以應用上述技巧。

具體實現方式如下所示：

std::uintptr_t是定義一個可以表示地址值（指針值即地址值）的無符號整型。將指針轉換成std::uintptr_t然後進行位運算。以下程式碼作為示例：

#include <iostream>
#include <stdint.h>

struct Data
{
    // 定義一些數據成員
    long int a;
    long int b;
    long int c;
};

// 定義三個標誌位，不用細究三個標誌位的具體含義，這個在這裡不重要。
static constexpr std::uintptr_t HAS_DATA = 1;
static constexpr std::uintptr_t NEED_DATA = 2;
static constexpr std::uintptr_t CLOSED = 4;
static constexpr std::uintptr_t FLAGS_MASK = HAS_DATA | NEED_DATA | CLOSED;
static constexpr std::uintptr_t PTR_MASK = ~FLAGS_MASK;

int main()
{
    Data * dp = new Data();
    dp->a = 88;
    dp->b = 99;
    dp->c = 77;

    std::cout << "指針值為 " << std::hex << reinterpret_cast<int64_t>(dp) << std::endl;
    // 在指針上附加上標誌位
    std::uintptr_t ptr_int = reinterpret_cast<std::uintptr_t>(dp) | HAS_DATA;
    std::cout << "加過標記位後 " << std::hex << ptr_int << std::endl;

    // 取標誌位
    std::uintptr_t flags = ptr_int & FLAGS_MASK;
    std::cout << "標記位 " << flags << std::endl;

    // 需要用指針的時候，清零低三位，恢復指針值原來的值
    dp = reinterpret_cast<Data*>(ptr_int & PTR_MASK);
    std::cout << "使用恢復後的指針" << std::dec << dp->a << ", " << dp->b << ", " << dp->c << std::endl;
    return 0;
}