主頁 > 後端開發 > strlen 老瓶裝新酒

strlen 老瓶裝新酒

2020-09-13 05:47:35 後端開發

前言 - strlen 概述

  無意間掃到 glibc strlen.c 中代碼, 久久不能忘懷. 在一無所知的編程生涯中又記起點點滴滴:

編程可不是兒戲 ?, 有些難, 也有些不舍. 而 strlen 仿佛還在那個求學的年代, 還是那么青澀誘人 ~

/* Copyright (C) 1991-2020 Free Software Foundation, Inc.
   This file is part of the GNU C Library.
   Written by Torbjorn Granlund ([email protected]),
   with help from Dan Sahlin ([email protected]);
   commentary by Jim Blandy ([email protected]).

   The GNU C Library is free software; you can redistribute it and/or
   modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   License as published by the Free Software Foundation; either
   version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.

   The GNU C Library is distributed in the hope that it will be useful,
   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
   Lesser General Public License for more details.

   You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
   License along with the GNU C Library; if not, see
   <https://www.gnu.org/licenses/>.  */

#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#undef strlen

#ifndef STRLEN
# define STRLEN strlen
#endif

/* Return the length of the null-terminated string STR.  Scan for
   the null terminator quickly by testing four bytes at a time.  */
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;
        }
    }
    }
}
libc_hidden_builtin_def (strlen)

 

正文 - 思考和分析

1. unsigned long int 位元組多大 4 位元組, 8 位元組 ? 

  unsigned long int longword, himagic, lomagic;

 

long 具體多長和平臺有關, 例如大多數 linux , x86 sizeof (long) = 4, x64 sizeof (long) = 8.

window x86, x64 sizeof (long) = 4.  (2020年05月28日), C 標準保證 sizeof(long) >= sizeof (int)

具體多少位元組交給了實作方.

 

2. ((unsigned long int) char_ptr & (sizeof (longword) - 1)) 位對齊 ? 

  /* 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;

 

起始的這些代碼的作用是, 讓 chart_ptr 按照 sizeof (unsigned long) 位元組大小進行位對齊.

這涉及到多數計算機硬體對齊有要求和性能方面的考慮等等(性能是主要因素).

 

3. himagic = 0x80808080L; lomagic = 0x01010101L; what fuck ? 

  /* 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)
    {

 

3.1 (((longword - lomagic) & ~longword & himagic) != 0) ? mmp ?

可能這就是藝術吧. 想到這個想法的, 真是個天才啊! 好巧妙. 哈哈哈.  我們會分兩個小點說明下.

首次看, 感覺有點萌. 我這里用個簡單的思路來帶大家理解這個問題. 上面代碼主要圍繞

sizeof (unsigned long) 4 位元組和 8 位元組去處理得到. 我們簡單點, 通過處理 1 位元組, 類比遞回機制.

搞懂這個公式背后的原理 (ˇ?ˇ) ~

/**
 * himagic      : 1000 0000
 * lomagic      : 0000 0001
 * longword     : XXXX XXXX
 * /
unsigned long himagic = 0x80L;
unsigned long lomagic = 0x01L;

unsigned long longword ;

 隨后我們仔細分析下面公式

((longword - lomagic) & ~longword & himagic)

( & himagic ) = ( & 1000 0000) 表明最終只在乎最高位. 

longword 分三種情況討論

longword     : 1XXX XXXX  128 =< x <= 255
longword     : 0XXX XXXX  0 < x < 128
longword     : 0000 0000  x = 0

第一種 longword = 1XXX XXXX 

              那么 ~longword = 0YYY YYYY 顯然 ~ longword & himagic = 0000 0000 不用繼續了.

第二種 longword = 0XXX XXXX 且不為 0, 及不小于 1

             顯然 (longword - lomagic) = 0ZZZ ZZZ >= 0 且 < 127, 因為 lomagic = 1; 

             此刻 (longword - lomagic) & himagic = 0ZZZ ZZZZ & 1000 0000 = 0 , 所以也不需要繼續了.

第三種 longword = 0000 0000

              那么 ~longword & himagic = 1111 1111 & 1000 0000 = 1000 000;

              再看 (longword - lomagic) = (0000 0000 - 0000 0001) , 由于無符號數減法是按照

              (補碼(0000 0000) + 補碼(-000 0001)) = (補碼(0000 0000) + 補碼(~000 0001 + 1))

              = (補碼(0000 0000) + 補碼(1111 1111)) = 1111 1111 (快捷的可以查公式得到最終結果),

              因而 此刻最終結果為 1111 1111 & 1000 0000 = 1000 0000 > 0.

綜合討論, 可以根據上面公式巧妙的篩選出值是否為 0.  對于 2位元組, 4 位元組, 8 位元組, 思路完全相似. 

 

3.2 (sizeof (longword) > 4) ? (sizeof (longword) > 8) 為什么不用宏, 大展宏圖唄 ?

宏可以做到多平臺原始碼共享, 無法做到多平臺二進制共享. glibc 這么通用專案, 可移植性影響因子

可能會很重. (性能是毒酒, 想活的久還是少喝 ~ ) 

 

4. libc_hidden_builtin_def (strlen) ? 鬧哪樣 ~

理解這個東西, 要引入些場外資訊  (不同編譯引數會不一樣, 這里只抽取其中一條分支解法)

// file : glibc-2.31/include/libc-symbols.h

libc_hidden_builtin_def (strlen)

#define libc_hidden_builtin_def(name) libc_hidden_def (name)

# define libc_hidden_def(name) hidden_def (name)

/* Define ALIASNAME as a strong alias for NAME.  */
# define strong_alias(name, aliasname) _strong_alias(name, aliasname)
# define _strong_alias(name, aliasname) \
  extern __typeof (name) aliasname __attribute__ ((alias (#name))) \
    __attribute_copy__ (name);

/* For assembly, we need to do the opposite of what we do in C:
   in assembly gcc __REDIRECT stuff is not in place, so functions
   are defined by its normal name and we need to create the
   __GI_* alias to it, in C __REDIRECT causes the function definition
   to use __GI_* name and we need to add alias to the real name.
   There is no reason to use hidden_weak over hidden_def in assembly,
   but we provide it for consistency with the C usage.
   hidden_proto doesn't make sense for assembly but the equivalent
   is to call via the HIDDEN_JUMPTARGET macro instead of JUMPTARGET.  */
#  define hidden_def(name)    strong_alias (name, __GI_##name)

/* Undefine (also defined in libc-symbols.h).  */
#undef __attribute_copy__
#if __GNUC_PREREQ (9, 0)
/* Copies attributes from the declaration or type referenced by
   the argument.  */
# define __attribute_copy__(arg) __attribute__ ((__copy__ (arg)))
#else
# define __attribute_copy__(arg)
#endif

 

利用上面宏定義, 進行展開  

libc_hidden_builtin_def (strlen)
|

hidden_def (strlen)
|

strong_alias (strlen, __GI_strlen)
|

_strong_alias (strlen, __GI_strlen)
|

extern __typeof (strlen) __GI_strlen __attribute__ ((alias ("strlen"))) __attribute_copy__ (strlen);
|
extern __typeof (strlen) __GI_strlen __attribute__ ((alias ("strlen"))) __attribute__ ((__copy__ (strlen))); ``

 

其中 GUN C 擴展語法

  __typeof (arg) : 獲取變數的宣告的型別   __attribute__ ((__copy__ (arg))) : GCC 9 以上版本 attribute copy 復制特性   alias_name __attribute__ ((alias (name))) : 為 name 宣告符號別名 alias name.   總結:  libc_hidden_builtin_def (strlen) 意思是基于 strlen 符號, 重新定義一個符號別名 __GI_strlen.  (補充資料 strong_alias 注釋)     strlen 工程代碼有很多種, 我們這里選擇一個通用 glibc 版本去思考和分析. 有興趣可以自行查閱更多.  隨口就來  ~ 做人嘛開心最重要 ~ 千錘百煉芮成鋼 ~ 哈哈哈

 

后記 - 展望與生活

  錯誤是難免的, 歡迎指正和交流 ~ 

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/20787.html

標籤:C

上一篇:Delphi 能開發網址格式供二次開發呼叫介面嗎

下一篇:leetcode-8. 字串轉換整數 (atoi)

標籤雲
其他(157675) Python(38076) JavaScript(25376) Java(17977) C(15215) 區塊鏈(8255) C#(7972) AI(7469) 爪哇(7425) MySQL(7132) html(6777) 基礎類(6313) sql(6102) 熊猫(6058) PHP(5869) 数组(5741) R(5409) Linux(5327) 反应(5209) 腳本語言(PerlPython)(5129) 非技術區(4971) Android(4554) 数据框(4311) css(4259) 节点.js(4032) C語言(3288) json(3245) 列表(3129) 扑(3119) C++語言(3117) 安卓(2998) 打字稿(2995) VBA(2789) Java相關(2746) 疑難問題(2699) 细绳(2522) 單片機工控(2479) iOS(2429) ASP.NET(2402) MongoDB(2323) 麻木的(2285) 正则表达式(2254) 字典(2211) 循环(2198) 迅速(2185) 擅长(2169) 镖(2155) 功能(1967) .NET技术(1958) Web開發(1951) python-3.x(1918) HtmlCss(1915) 弹簧靴(1913) C++(1909) xml(1889) PostgreSQL(1872) .NETCore(1853) 谷歌表格(1846) Unity3D(1843) for循环(1842)

熱門瀏覽
  • 【C++】Microsoft C++、C 和匯編程式檔案

    ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:57:23 more
  • 例外宣告

    相比于斷言適用于排除邏輯上不可能存在的狀態,例外通常是用于邏輯上可能發生的錯誤。 例外宣告 Item 1:當函式不可能拋出例外或不能接受拋出例外時,使用noexcept 理由 如果不打算拋出例外的話,程式就會認為無法處理這種錯誤,并且應當盡早終止,如此可以有效地阻止例外的傳播與擴散。 示例 //不可 ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:57:27 more
  • Codeforces 1400E Clear the Multiset(貪心 + 分治)

    鏈接:https://codeforces.com/problemset/problem/1400/E 來源:Codeforces 思路:給你一個陣列,現在你可以進行兩種操作,操作1:將一段沒有 0 的區間進行減一的操作,操作2:將 i 位置上的元素歸零。最終問:將這個陣列的全部元素歸零后操作的最少 ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:57:30 more
  • UVA11610 【Reverse Prime】

    本人看到此題沒有翻譯,就附帶了一個自己的翻譯版本 思考 這一題,它的第一個要求是找出所有 $7$ 位反向質數及其質因數的個數。 我們應該需要質數篩篩選1~$10^{7}$的所有數,這里就不慢慢介紹了。但是,重讀題,我們突然發現反向質數都是 $7$ 位,而將它反過來后的數字卻是 $6$ 位數,這就說明 ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:57:36 more
  • 統計區間素數數量

    1 #pragma GCC optimize(2) 2 #include <bits/stdc++.h> 3 using namespace std; 4 bool isprime[1000000010]; 5 vector<int> prime; 6 inline int getlist(int ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:57:47 more
  • C/C++編程筆記:C++中的 const 變數詳解,教你正確認識const用法

    1、C中的const 1、區域const變數存放在堆疊區中,會分配記憶體(也就是說可以通過地址間接修改變數的值)。測驗代碼如下: 運行結果: 2、全域const變數存放在只讀資料段(不能通過地址修改,會發生寫入錯誤), 默認為外部聯編,可以給其他源檔案使用(需要用extern關鍵字修飾) 運行結果: ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:58:04 more
  • 【C++犯錯記錄】VS2019 MFC添加資源不懂如何修改資源宏ID

    1. 首先在資源視圖中,添加資源 2. 點擊新添加的資源,復制自動生成的ID 3. 在解決方案資源管理器中找到Resource.h檔案,編輯,使用整個專案搜索和替換的方式快速替換 宏宣告 4. Ctrl+Shift+F 全域搜索,點擊查找全部,然后逐個替換 5. 為什么使用搜索替換而不使用屬性視窗直 ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:59:11 more
  • 【C++犯錯記錄】VS2019 MFC不懂的批量添加資源

    1. 打開資源頭檔案Resource.h,在其中預先定義好宏 ID(不清楚其實ID值應該設定多少,可以先新建一個相同的資源項,再在這個資源的ID值的基礎上遞增即可) 2. 在資源視圖中選中專案資源,按F7編輯資源檔案,按 ID 型別 相對路徑的形式添加 資源。(別忘了先把檔案拷貝到專案中的res檔案 ......

    uj5u.com 2020-09-10 01:00:19 more
  • C/C++編程筆記:關于C++的參考型別,專供新手入門使用

    今天要講的是C++中我最喜歡的一個用法——參考,也叫別名。 參考就是給一個變數名取一個變數名,方便我們間接地使用這個變數。我們可以給一個變數創建N個參考,這N + 1個變數共享了同一塊記憶體區域。(參考型別的變數會占用記憶體空間,占用的記憶體空間的大小和指標型別的大小是相同的。雖然參考是一個物件的別名,但 ......

    uj5u.com 2020-09-10 01:00:22 more
  • 【C/C++編程筆記】從頭開始學習C ++:初學者完整指南

    眾所周知,C ++的學習曲線陡峭,但是花時間學習這種語言將為您的職業帶來奇跡,并使您與其他開發人員區分開。您會更輕松地學習新語言,形成真正的解決問題的技能,并在編程的基礎上打下堅實的基礎。 C ++將幫助您養成良好的編程習慣(即清晰一致的編碼風格,在撰寫代碼時注釋代碼,并限制類內部的可見性),并且由 ......

    uj5u.com 2020-09-10 01:00:41 more
最新发布
  • Rust中的智能指標:Box<T> Rc<T> Arc<T> Cell<T> RefCell<T> Weak

    Rust中的智能指標是什么 智能指標(smart pointers)是一類資料結構,是擁有資料所有權和額外功能的指標。是指標的進一步發展 指標(pointer)是一個包含記憶體地址的變數的通用概念。這個地址參考,或 ” 指向”(points at)一些其 他資料 。參考以 & 符號為標志并借用了他們所 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:24:10 more
  • Java的值傳遞和參考傳遞

    值傳遞不會改變本身,參考傳遞(如果傳遞的值需要實體化到堆里)如果發生修改了會改變本身。 1.基本資料型別都是值傳遞 package com.example.basic; public class Test { public static void main(String[] args) { int ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:24:04 more
  • [2]SpinalHDL教程——Scala簡單入門

    第一個 Scala 程式 shell里面輸入 $ scala scala> 1 + 1 res0: Int = 2 scala> println("Hello World!") Hello World! 檔案形式 object HelloWorld { /* 這是我的第一個 Scala 程式 * 以 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:58 more
  • 理解函式指標和回呼函式

    理解 函式指標 指向函式的指標。比如: 理解函式指標的偽代碼 void (*p)(int type, char *data); // 定義一個函式指標p void func(int type, char *data); // 宣告一個函式func p = func; // 將指標p指向函式func ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:52 more
  • Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式

    本文首發于公眾號:Hunter后端 原文鏈接:Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式 日期函式主要介紹兩個大類,Extract() 和 Trunc() Extract() 函式作用是提取日期,比如我們可以提取一個日期欄位的年份,月份,日等資料 Trunc() 的作用則是截取,比如 2022-0 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:45 more
  • 一天吃透JVM面試八股文

    什么是JVM? JVM,全稱Java Virtual Machine(Java虛擬機),是通過在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能來實作的。由一套位元組碼指令集、一組暫存器、一個堆疊、一個垃圾回收堆和一個存盤方法域等組成。JVM屏蔽了與作業系統平臺相關的資訊,使得Java程式只需要生成在Java虛擬機 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:31 more
  • 使用Java接入小程式訂閱訊息!

    更新完微信服務號的模板訊息之后,我又趕緊把微信小程式的訂閱訊息給實作了!之前我一直以為微信小程式也是要企業才能申請,沒想到小程式個人就能申請。 訊息推送平臺🔥推送下發【郵件】【短信】【微信服務號】【微信小程式】【企業微信】【釘釘】等訊息型別。 https://gitee.com/zhongfuch ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:59 more
  • java -- 緩沖流、轉換流、序列化流

    緩沖流 緩沖流, 也叫高效流, 按照資料型別分類: 位元組緩沖流:BufferedInputStream,BufferedOutputStream 字符緩沖流:BufferedReader,BufferedWriter 緩沖流的基本原理,是在創建流物件時,會創建一個內置的默認大小的緩沖區陣列,通過緩沖 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:49 more
  • Java-SpringBoot-Range請求頭設定實作視頻分段傳輸

    老實說,人太懶了,現在基本都不喜歡寫筆記了,但是網上有關Range請求頭的文章都太水了 下面是抄的一段StackOverflow的代碼...自己大修改過的,寫的注釋挺全的,應該直接看得懂,就不解釋了 寫的不好...只是希望能給視頻網站開發的新手一點點幫助吧. 業務場景:視頻分段傳輸、視頻多段傳輸(理 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:42 more
  • Windows 10開發教程_編程入門自學教程_菜鳥教程-免費教程分享

    教程簡介 Windows 10開發入門教程 - 從簡單的步驟了解Windows 10開發,從基本到高級概念,包括簡介,UWP,第一個應用程式,商店,XAML控制元件,資料系結,XAML性能,自適應設計,自適應UI,自適應代碼,檔案管理,SQLite資料庫,應用程式到應用程式通信,應用程式本地化,應用程式 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:35 more