如何对内存块进行按位操作(C++)

Question

有没有比使用for循环更好(更快/更有效)的方法在大内存块上执行按位操作？在查看选项后,我注意到std有一个成员std::bitset,并且还想知道在不更改其值的情况下将大区域内存转换为bitset会更好(甚至可能),然后执行操作,然后切换它的类型恢复正常？

编辑/更新:我认为union这里可能适用,这样内存块被分配了一个或多个new数组,int然后被操作为一个大的bitset.根据这里所说的内容,似乎可以在整个集合中完成操作:http://www.cplusplus.com/reference/bitset/bitset/operators/.

Answer 1

一般来说,没有比for循环更快的神奇方式.但是,通过记住以下几点,您可以使编译器更容易优化循环:

1. 一次将最大可用整数类型加载到内存中.但是,如果缓冲区的长度不能均匀分配整数类型的大小,则需要小心.
2. 如果可能,在一次循环迭代中对多个值进行操作 - 这应该使编译器的矢量化更加简单.同样,您需要注意缓冲区长度.
3. 如果循环要在短代码段上运行多次,请使用循环索引向下计数到零而不是向上,并从数组长度中减去它 - 这使得CPU的分支预测器更容易弄清楚将要发生的事情上.
4. 您可以使用编译器提供的显式向量扩展,但这会降低您的代码的可移植性.
5. 最终,您可以在汇编中编写循环并使用CPU提供的向量指令,但这完全不可移植.
6. [edit]另外,您可以使用OpenMP或类似的API来划分多个线程之间的循环,但是如果您在非常大的内存上执行操作,这只会带来改进.

具有常量字节的xoring存储器的C99示例,假设long long为128位,缓冲区的开始对齐为16字节,而不考虑第3点.两个存储器缓冲区上的按位操作非常相似.

size_t len = ...;
char *buffer = ...;

size_t const loadd_per_i = 4
size_t iters = len / sizeof(long long) / loads_per_i;

long long *ptr = (long long *) buffer;
long long xorvalue = 0x5e5e5e5e5e5e5e5e5e5e5e5e5e5e5e5eLL;

// run in multiple threads if there are more than 4 MB to xor
#pragma omp parallel for if(iters > 65536)
for (size_t i = 0; i < iters; ++i) {
    size_t j = loads_per_i*i;
    ptr[j  ] ^= xorvalue;
    ptr[j+1] ^= xorvalue;
    ptr[j+2] ^= xorvalue;
    ptr[j+3] ^= xorvalue;
}

// finish long longs which don't align to 4
for (size_t i = iters * loads_per_i; i < len / sizeof(long long); ++i) {
    ptr[i] ^= xorvalue;
}

// finish bytes which don't align to long
for (size_t i = (len / sizeof(long long)) * sizeof(long long); i < len; ++i) {
    buffer[i] ^= xorvalue;
}