深入解读Khash.h之结构初始化和flag操作

初始化、清空和删除

khash使用kcalloc(等同于calloc)申请一个大小为1的kh_##name##_t, 所有元素默认值都是0.

SCOPE kh_##name##_t *kh_init_##name(void) {                         \
    return (kh_##name##_t*)kcalloc(1, sizeof(kh_##name##_t));       \
                                          }

SCOPE第一层替换代码是static kh_inline klib_unused, 第二层替换就是static inline __attribute__ ((__unused__)). static inline用于提高函数的执行效率,但是此类函数如果没有被使用,编译器会有警告,但是定义了__attribute__ ((__unused__))就可以避免这种警告。

因此,SCOPE是一种提高代码执行效率的函数修饰符。

和初始化相对的操作,一种是清空表里的元素,也就是将sizen_occupied都设置为0,把所有的flags都设置为0xaa也就是为空

SCOPE void kh_clear_##name(kh_##name##_t *h)                        \
    {                                                                   \
        if (h && h->flags) {                                            \
            memset(h->flags, 0xaa, __ac_fsize(h->n_buckets) * sizeof(khint32_t)); \
            h->size = h->n_occupied = 0;                                \
        }                                                               \
    }

另一种是直接释放所有内存。但它不会释放你在堆(heap)中申请的动态内存),也就是你需要自己手动释放你为字符串类型的key和value申请的内存。

SCOPE void kh_destroy_##name(kh_##name##_t *h)                      \
    {                                                                   \
        if (h) {                                                        \
            kfree((void *)h->keys); kfree(h->flags);                    \
            kfree((void *)h->vals);                                     \
            kfree(h);                                                   \
        }                                                               \
    }                                                                   \

状态(flag)设置和查询

kh_##name##_t数据结构中,flags用于记录不同位置的状态。为了节约空间,flags用的1/16的桶大小来记录信息。

这是因为flags是一个指向khint32_t元素的指针,khint32_t表示的是32位无符号整型,如果使用2个二进制位表示状态,那么一个32位无符号整型就能记录16个元素。

#define __ac_fsize(m) ((m) < 16? 1 : (m)>>4)
new_flags = (khint32_t*)kmalloc(__ac_fsize(new_n_buckets) * sizeof(khint32_t));
memset(new_flags, 0xaa, __ac_fsize(new_n_buckets) * sizeof(khint32_t)); 

那么这里有一个问题,为啥不用一个二进制位来表示每个位置的状态呢?这是因为记录的状态有4种,分别是

  • empty(10): 空,没有存放key

  • delete(01), 虽然有key,但是标记为删除

  • either(11): 要么是空,要么是删除了,总之可以放key

  • occupied(00): 已经占用了元素

所以,必须要用2个二进制位。使用memset设置的0xaa对应二进制的0b10101010, 表示默认状态是empty.

下面这四行用于设置第i位的状态

#define __ac_set_isdel_false(flag, i) (flag[i>>4]&=~(1ul<<((i&0xfU)<<1)))
#define __ac_set_isempty_false(flag, i) (flag[i>>4]&=~(2ul<<((i&0xfU)<<1)))
#define __ac_set_isboth_false(flag, i) (flag[i>>4]&=~(3ul<<((i&0xfU)<<1)))
#define __ac_set_isdel_true(flag, i) (flag[i>>4]|=1ul<<((i&0xfU)<<1))

在设置第i位状态时,也就是设置i右移四位(也就是除以16)的状态,接着用((i&0xfU)<<1))计算出状态左移步数,例如i=17时,左移2位,i=16时, 左移0位。

如果我们设置的是is(del|empty|both)_false, 也就是需要反向设置,那么还需要对状态按位取反。接着和原来的情况按位与操作。

相对于设置状态,提取状态就变得容易些,只需要提取对应位置的状态,然后左移,然后和状态进行按位与运算即可。

#define __ac_isempty(flag, i) ((flag[i>>4]>>((i&0xfU)<<1))&2)
#define __ac_isdel(flag, i) ((flag[i>>4]>>((i&0xfU)<<1))&1)
#define __ac_iseither(flag, i) ((flag[i>>4]>>((i&0xfU)<<1))&3)
  • ul: unsigned long, 无符号长整型
  • 0xfU: f就是10进制的16, U表示unsigned(无符号),等价于2进制的0b1111U

如果是我设计flag的话,我估计会申请一个和key大小一样内容空间,直接用1/2/3的数字来表示,而不会用到位运算了。

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