Вопрос или проблема
У меня есть следующий хэш-таблица:
typedef uint32_t (*HashFuncPointer)(uint32_t key);
typedef bool (*KeyComparisonFunc)(uint32_t key1, uint32_t key2);
typedef struct Hashmap {
void* items;
uint64_t max_size;
uint64_t count;
uint64_t value_size;
HashFuncPointer hash_func;
KeyComparisonFunc key_comparison_func;
} Hashmap;
Эта хэш-таблица имеет свою функцию хэширования, установленную во время инициализации, и она никогда не меняется после этого. Однако вызов этих указателей на функции внутри моих функций хэш-таблицы компилируется в косвенные вызовы:
uint32_t example_func(Hashmap* map) {
uint32_t value = map->hash_func(123);
return value;
}
Используя GCC 14.2 для x86_64, компилируется в:
example_func:
mov rax, QWORD PTR [rdi+40] // <--- Хочу избежать этого
mov edi, 123
jmp rax
Очевидно, что моя example_func не знает, какую функцию хэширования использует переданная карта, поэтому она вызывает ее косвенно, но это мешает оптимизации/инлайнингу. Это довольно неприятно, поскольку функция, используемая хэш-таблицей, всегда должна быть известна на этапе компиляции. C++ имеет constexpr для этого, и аналогично в C++ я могу установить указатель на функцию как константу. Но в C, если вы попытаетесь присвоить значение константной переменной члена структуры, выделенной в хипе, это будет ошибкой в наихудшем случае, а, согласно моему пониманию, неопределенное поведение в лучшем. Есть ли способ решить эту проблему, не создавая отдельную структуру каждый раз, когда я хочу, чтобы моя хэш-таблица имела другую функцию хэширования?
Ответ или решение
Чтобы избежать косвенных вызовов функций (indirect calls) в вашем хэш-таблице и тем самым улучшить возможности оптимизации и инлайн компиляции, можно использовать несколько подходов. Ниже представлены методы, которые помогут решить вашу проблему.
1. Использование Макросов для Генерации Специфичных Хэш-Карт
Можно определить макросы, которые создают структуры хэш-таблиц с фиксированными функциями. Например:
#define CREATE_HASHMAP(name, hash_func, key_comp_func) \
Hashmap name = { \
.items = NULL, \
.max_size = 0, \
.count = 0, \
.value_size = sizeof(uint32_t), \
.hash_func = hash_func, \
.key_comparison_func = key_comp_func \
}Затем, когда вы создаете хэш-таблицу, только определите нужные вам функции:
uint32_t my_hash_func(uint32_t key) {
// Реализация вашей хэш-функции
}
bool my_key_comp(uint32_t key1, uint32_t key2) {
// Реализация вашей функции сравнения ключей
}
CREATE_HASHMAP(my_map, my_hash_func, my_key_comp);В этом случае компилятор сможет оптимизировать вызов функции hash_func, так как она будет известна на этапе компиляции.
2. Шаблонные Структуры (Traits)
Если вы используете C11 или более новые стандарты, вы можете использовать функциональные указатели в качестве шаблонов (traits). Для каждого типа хэш-функции можно создать свою версию хэш-таблицы, используя статическую инициализацию. Это избавляет от необходимости использования указателей на функции.
3. Инлайнинг
В качестве упрощенного решения, можно использовать функции как inline:
static inline uint32_t example_hash_func(uint32_t key) {
// Реализация хэш-функции
}
// Используйте её непосредственно в вашей функции
uint32_t example_func(Hashmap* map) {
uint32_t value = example_hash_func(123); // Прямой вызов
return value;
}4. Использование union для Хэш-Функций
Храните хэш-функции в виде union, чтобы скомпилировать в одну структуру, при этом все ваши хэш-функции должны иметь одинаковую сигнатуру.
5. Исключение Компиляции
Наконец, если хэш-функции всегда известны на этапе компиляции для конкретных случаев использования, можно принять решение о том, чтобы не использовать динамическое определение функции и использовать другой подход проектирования.
Заключение
Следуя приведенным выше методам, вы сможете избежать косвенных вызовов функций и позволить компилятору оптимизировать код. Это повысит производительность вашей хэш-карты, что является важным при работе с большими данными или в системах с ограниченными ресурсами. Кроме того, всегда проверяйте наличие предопределений в стандартах C, чтобы использовать возможности вашего компилятора на полную мощность.