Самый быстрый способ получить IPv4-адрес из строки
У меня есть следующий код, который примерно в 7 раз быстрее, чем inet_addr . Мне было интересно, есть ли способ улучшить это, чтобы сделать его еще быстрее или существует более быстрая альтернатива.
Этот код требует, чтобы действительный адрес IPv4 с нулевым символом в конце предоставлялся без пробелов, что в моем случае всегда так, поэтому я оптимизировал для этого случая. Обычно у вас будет больше проверок на ошибки, но если есть способ сделать следующее еще быстрее или существует более быстрая альтернатива, я был бы очень признателен.
UINT32 GetIP(const char *p)
{
UINT32 dwIP=0,dwIP_Part=0;
while(true)
{
if(p[0] == 0)
{
dwIP = (dwIP << 8) | dwIP_Part;
break;
}
if(p[0]=='.')
{
dwIP = (dwIP << 8) | dwIP_Part;
dwIP_Part = 0;
p++;
}
dwIP_Part = (dwIP_Part*10)+(p[0]-'0');
p++;
}
return dwIP;
}
2 ответа
Поскольку речь идет о максимизации пропускной способности парсинга IP-адресов, я предлагаю использовать векторизованное решение.
Вот быстрое решение для x86 (нужен SSE4.1 или хотя бы SSSE3 для плохого):
__m128i shuffleTable[65536]; //can be reduced 256x times, see @IwillnotexistIdonotexist
UINT32 MyGetIP(const char *str) {
__m128i input = _mm_lddqu_si128((const __m128i*)str); //"192.167.1.3"
input = _mm_sub_epi8(input, _mm_set1_epi8('0')); //1 9 2 254 1 6 7 254 1 254 3 208 245 0 8 40
__m128i cmp = input; //...X...X.X.XX... (signs)
UINT32 mask = _mm_movemask_epi8(cmp); //6792 - magic index
__m128i shuf = shuffleTable[mask]; //10 -1 -1 -1 8 -1 -1 -1 6 5 4 -1 2 1 0 -1
__m128i arr = _mm_shuffle_epi8(input, shuf); //3 0 0 0 | 1 0 0 0 | 7 6 1 0 | 2 9 1 0
__m128i coeffs = _mm_set_epi8(0, 100, 10, 1, 0, 100, 10, 1, 0, 100, 10, 1, 0, 100, 10, 1);
__m128i prod = _mm_maddubs_epi16(coeffs, arr); //3 0 | 1 0 | 67 100 | 92 100
prod = _mm_hadd_epi16(prod, prod); //3 | 1 | 167 | 192 | ? | ? | ? | ?
__m128i imm = _mm_set_epi8(-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 6, 4, 2, 0);
prod = _mm_shuffle_epi8(prod, imm); //3 1 167 192 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
return _mm_extract_epi32(prod, 0);
// return (UINT32(_mm_extract_epi16(prod, 1)) << 16) + UINT32(_mm_extract_epi16(prod, 0)); //no SSE 4.1
}
И вот обязательный предварительный расчет для shuffleTable:
void MyInit() {
memset(shuffleTable, -1, sizeof(shuffleTable));
int len[4];
for (len[0] = 1; len[0] <= 3; len[0]++)
for (len[1] = 1; len[1] <= 3; len[1]++)
for (len[2] = 1; len[2] <= 3; len[2]++)
for (len[3] = 1; len[3] <= 3; len[3]++) {
int slen = len[0] + len[1] + len[2] + len[3] + 4;
int rem = 16 - slen;
for (int rmask = 0; rmask < 1<<rem; rmask++) {
// { int rmask = (1<<rem)-1; //note: only maximal rmask is possible if strings are zero-padded
int mask = 0;
char shuf[16] = {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1};
int pos = 0;
for (int i = 0; i < 4; i++) {
for (int j = 0; j < len[i]; j++) {
shuf[(3-i) * 4 + (len[i]-1-j)] = pos;
pos++;
}
mask ^= (1<<pos);
pos++;
}
mask ^= (rmask<<slen);
_mm_store_si128(&shuffleTable[mask], _mm_loadu_si128((__m128i*)shuf));
}
}
}
Полный код с тестированием доступен здесь. На процессоре Ivy Bridge он печатает:
C0A70103
Time = 0.406 (1556701184)
Time = 3.133 (1556701184)
Это означает, что предлагаемое решение в 7,8 раз быстрее с точки зрения пропускной способности, чем код OP. Он обрабатывает 336 миллионов адресов в секунду (одно ядро 3,4 ГГц).
Сейчас я попытаюсь объяснить, как это работает. Обратите внимание, что в каждой строке списка вы можете увидеть содержимое только что вычисленного значения. Все массивы печатаются в порядке байтов (хотя set внутренние используют big-endian).
Прежде всего, мы загружаем 16 байтов с невыровненного адреса lddqu инструкция. Обратите внимание, что в 64-битном режиме память выделяется 16-байтовыми блоками, поэтому это работает хорошо автоматически. На 32-битном это может теоретически вызвать проблемы с доступом вне зоны доступа. Хотя я не верю, что это действительно может. Последующий код будет работать правильно независимо от значений в байтах после конца. В любом случае, вам лучше убедиться, что каждый IP-адрес занимает не менее 16 байт памяти.
Затем мы вычитаем "0" из всех символов. После этого '.' превращается в -2, а ноль в -48, все цифры остаются неотрицательными. Теперь мы берем битовую маску знаков всех байтов с _mm_movemask_epi8,
В зависимости от значения этой маски мы выбираем нетривиальную 16-байтовую маску перетасовки из таблицы поиска shuffleTable, Таблица довольно большая: всего 1 Мб. И это занимает довольно много времени, чтобы предварительно вычислить. Тем не менее, он не занимает драгоценного места в кэше процессора, потому что только 81 элемент из этой таблицы действительно используется. Это связано с тем, что каждая часть IP-адреса может состоять из одной, двух, трех цифр => отсюда всего 81 вариант. Обратите внимание, что случайные мусорные байты после конца строки в принципе могут привести к увеличению объема памяти в таблице поиска.
РЕДАКТИРОВАТЬ: вы можете найти версию, измененную @IwillnotexistIdonotexist в комментариях, которая использует справочную таблицу размером всего 4 КБ (хотя это немного медленнее).
Гениальный _mm_shuffle_epi8 intrinsic позволяет нам переупорядочивать байты с помощью нашей маски тасования. В результате регистр XMM содержит четыре 4-байтовых блока, каждый из которых содержит цифры в порядке младшего байта. Мы преобразуем каждый блок в 16-битное число _mm_maddubs_epi16 с последующим _mm_hadd_epi16, Затем мы переупорядочиваем байты регистра, чтобы весь IP-адрес занимал младшие 4 байта.
Наконец, мы извлекаем младшие 4 байта из регистра XMM в регистр GP. Это делается с помощью встроенного SSE4.1 (_mm_extract_epi32). Если у вас его нет, замените его другой строкой, используя _mm_extract_epi16, но он будет работать немного медленнее.
Наконец, вот сгенерированная сборка (MSVC2013), так что вы можете проверить, что ваш компилятор не генерирует ничего подозрительного:
lddqu xmm1, XMMWORD PTR [rcx]
psubb xmm1, xmm6
pmovmskb ecx, xmm1
mov ecx, ecx //useless, see @PeterCordes and @IwillnotexistIdonotexist
add rcx, rcx //can be removed, see @EvgenyKluev
pshufb xmm1, XMMWORD PTR [r13+rcx*8]
movdqa xmm0, xmm8
pmaddubsw xmm0, xmm1
phaddw xmm0, xmm0
pshufb xmm0, xmm7
pextrd eax, xmm0, 0
PS Если вы все еще читаете это, обязательно ознакомьтесь с комментариями =)
Что касается альтернатив: это похоже на ваш, но с некоторой проверкой ошибок:
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdint>
uint32_t getip(const std::string &sip)
{
uint32_t r=0, b, p=0, c=0;
const char *s;
s = sip.c_str();
while (*s)
{
r<<=8;
b=0;
while (*s&&((*s==' ')||(*s=='\t'))) s++;
while (*s)
{
if ((*s==' ')||(*s=='\t')) { while (*s&&((*s==' ')||(*s=='\t'))) s++; if (*s!='.') break; }
if (*s=='.') { p++; s++; break; }
if ((*s>='0')&&(*s<='9'))
{
b*=10;
b+=(*s-'0');
s++;
}
}
if ((b>255)||(*s=='.')) return 0;
r+=b;
c++;
}
return ((c==4)&&(p==3))?r:0;
}
void testip(const std::string &sip)
{
uint32_t nIP=0;
nIP = getip(sip);
std::cout << "\nsIP = " << sip << " --> " << std::hex << nIP << "\n";
}
int main()
{
testip("192.167.1.3");
testip("292.167.1.3");
testip("192.267.1.3");
testip("192.167.1000.3");
testip("192.167.1.300");
testip("192.167.1.");
testip("192.167.1");
testip("192.167..1");
testip("192.167.1.3.");
testip("192.1 67.1.3.");
testip("192 . 167 . 1 . 3");
testip(" 192 . 167 . 1 . 3 ");
return 0;
}