在C中交换指针地址

Question

我需要对 C 中的两个指针（地址，而不是它们指向的内容）进行超高性能交换。我知道地址是对齐的（16 的倍数）并且是连续的，并且我已经检查过这在每次执行中是否保留。代码如下：

Nodo a __attribute__((aligned(8))), b __attribute__((aligned(4)));
Nodo *nodo_superior __attribute__((aligned(4)));
nodo_superior = &a;
Nodo * nodo_actual __attribute__((aligned(4)));
nodo_actual=&b;
printf("%ld %ld\n", nodo_superior, nodo_actual);

控制台上的结果是这样的（请注意，第一个地址应该“过度”对齐，以便下一个方法起作用）：

140594404335200 140594404335216

现在要交换地址，我想更改每个指针的第 5 位：

nodo_superior ^= 16; 
nodo_actual ^= 16;

但是，不幸的是，C 编译器不允许这样做，因为整数不能与指针值混合：这是错误，而不是警告。如果我尝试将指针包含在这样的联合中：

union {
    Nodo * nodo_actual;
    int local_int;
} na;

有这样的想法：

na.local_int ^= 16;

然后性能会降低，因为（我想）如果 nodo_actual 在联合中，编译器就无法对它应用/推断优化。 有什么想法可以强制编译器按照我的意愿行事吗？当然，我可以更改生成的汇编程序，但我认为这不是一个好的选择，

Answer 1

如果你想切换每个指针的第 5 位，你可以写：

nodo_superior = (Nodo *)((uintptr_t)nodo_superior ^ 16);

uintptr_t 是一个整数类型，（如果存在）保证能够保存指针值而不会丢失信息。

它的目的是通过平面内存模型上明显的同构来完成，所以它应该适合你（尽管先测试一下）。

此外，您应该使用%p 来打印指针，而不是使用%ld，这会导致未定义的行为。打印uintptr_tsee here

Answer 2

使用临时变量以“旧方式”更好地执行交换。

Nodo* Swap= a; a= b; b= Swap;

这需要 2 次读取和 2 次写入。

“智能”解决方案

a^= 16; b^= 16;

需要 2 次读取、2 次异或和 2 次写入。

Answer 3

我不确定我是否真的理解“交换两个指针”的意思。看起来你有一对节点，你想从另一个节点的地址计算一个节点的地址。

类似的问题是当您有两个数字（例如，玩家编号为 1 和 2）并且想要将玩家编号从 1 更改为 2 时，反之亦然。通常的技巧是计算

  opponent = (1+2) - player ;

你可以用指针玩类似的把戏，因为允许一些算术：

int main(int argc, char **argv)
{
    struct Node x;
    struct Node y;

    printf("x is at %p,  y at %p\n", &x, &y);

    struct Node * one = &x;
    struct Node * other = &x + (&y - one); // (&x + &y) - one

    printf("if one is at %p,  the other is at %p\n", one, other);

    one = &y;
    other = &x + (&y - one);

    printf("if one is at %p,  the other is at %p\n", one, other);

    return 0;
}