从任何内存地址读取 UInt32 最有效的方法是什么？

Question

从 C++ 中的任意内存地址读取 UInt32 值的最有效方法是什么？ （假设 Windows x86 或 Windows x64 体系结构。）

例如，考虑使用一个字节指针，该指针指向内存中某个位置的块，该块包含所有混合在一起的整数、字符串数据等的组合。以下示例显示了循环读取此块中的各个字段。

typedef unsigned char* BytePtr;
typedef unsigned int UInt32;

...

BytePtr pCurrent = ...;

while ( *pCurrent != 0 )
{
    ...

    if ( *pCurrent == ... )
    {
        UInt32 nValue = *( (UInt32*) ( pCurrent + 1 ) );    // line A

        ...
    }

    pCurrent += ...;
}

如果在 A 行，pPtr 恰好包含 4 字节对齐的地址，则读取 UInt32 应该是一次内存读取。如果 pPtr 包含未对齐的地址，则可能需要多个内存周期，这会减慢代码速度。有没有更快的方法从非对齐地址读取值？

Answer 1

我建议将 memcpy 放入循环中的 UInt32 类型的临时文件中。

这利用了这样一个事实：在启用优化的情况下构建时，编译器将内联四字节 memcpy，并且还有一些其他好处：

• 如果您所在的平台需要对齐（hpux、solaris sparc...）代码不会陷入陷阱。
• 在对齐很重要的平台上，可能值得对对齐进行地址检查，然后检查常规对齐加载或一组 4 字节加载和位或。您的编译器的 memcpy 很可能会以最佳方式执行此操作。
• 如果您所在的平台允许未对齐访问并且不会影响性能（x86、x64、powerpc...），那么您几乎可以保证这样的 memcpy 将是执行此操作的最便宜的方法使用权。
• 如果您的内存最初是指向某些其他数据结构的指针，则您的代码可能会由于别名问题而未定义，因为您正在转换为另一种类型并取消引用该转换。由于与别名相关的优化问题而导致的运行时问题很难追踪！假设您可以弄清楚它们，在已建立的代码中修复也可能非常困难，您可能必须使用晦涩的编译选项，例如 -fno-strict-aliasing 或 -qansialias，这会显着限制编译器的优化能力。

Answer 2

您的代码是未定义的行为。

几乎唯一“正确”的解决方案是仅将某些内容读取为类型 T（如果它是 类型 T），如下所示

uint32_t n;
char * p = point_me_to_random_memory();

std::copy(p, p + 4, reinterpret_cast<char*>(&n));

std::cout << "The value is: " << n << std::endl;

：例如，您想要读取一个整数，唯一的方法就是拥有一个整数。如果您希望它包含某种二进制表示形式，则需要将该数据复制到从变量开头开始的地址。

Answer 3

让编译器来做优化！

UInt32 ReadU32(unsigned char *ptr)
{
    return  static_cast<UInt32>(ptr[0]) |
           (static_cast<UInt32>(ptr[1])<<8) |
           (static_cast<UInt32>(ptr[2])<<16) |
           (static_cast<UInt32>(ptr[3])<<24);
}