NEWS.stable: log cherry-pick [e446f25]->[c092018] relocatable-shell: Update suggested...
[gnulib.git] / lib / memchr2.c
index d5b0a78..3d79f2a 100644 (file)
@@ -1,5 +1,5 @@
-/* Copyright (C) 1991, 1993, 1996, 1997, 1999, 2000, 2003, 2004, 2006,
-   2008 Free Software Foundation, Inc.
+/* Copyright (C) 1991, 1993, 1996-1997, 1999-2000, 2003-2004, 2006, 2008-2014
+   Free Software Foundation, Inc.
 
    Based on strlen implementation by Torbjorn Granlund (tege@sics.se),
    with help from Dan Sahlin (dan@sics.se) and
@@ -35,16 +35,21 @@ along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
 void *
 memchr2 (void const *s, int c1_in, int c2_in, size_t n)
 {
+  /* On 32-bit hardware, choosing longword to be a 32-bit unsigned
+     long instead of a 64-bit uintmax_t tends to give better
+     performance.  On 64-bit hardware, unsigned long is generally 64
+     bits already.  Change this typedef to experiment with
+     performance.  */
+  typedef unsigned long int longword;
+
   const unsigned char *char_ptr;
-  const uintmax_t *longword_ptr;
-  uintmax_t longword1;
-  uintmax_t longword2;
-  uintmax_t magic_bits;
-  uintmax_t charmask1;
-  uintmax_t charmask2;
+  void const *void_ptr;
+  const longword *longword_ptr;
+  longword repeated_one;
+  longword repeated_c1;
+  longword repeated_c2;
   unsigned char c1;
   unsigned char c2;
-  int i;
 
   c1 = (unsigned char) c1_in;
   c2 = (unsigned char) c2_in;
@@ -52,143 +57,113 @@ memchr2 (void const *s, int c1_in, int c2_in, size_t n)
   if (c1 == c2)
     return memchr (s, c1, n);
 
-  /* Handle the first few characters by reading one character at a time.
-     Do this until CHAR_PTR is aligned on a longword boundary.  */
-  for (char_ptr = (const unsigned char *) s;
-       n > 0 && (size_t) char_ptr % sizeof longword1 != 0;
-       --n, ++char_ptr)
-    if (*char_ptr == c1 || *char_ptr == c2)
-      return (void *) char_ptr;
+  /* Handle the first few bytes by reading one byte at a time.
+     Do this until VOID_PTR is aligned on a longword boundary.  */
+  for (void_ptr = s;
+       n > 0 && (uintptr_t) void_ptr % sizeof (longword) != 0;
+       --n)
+    {
+      char_ptr = void_ptr;
+      if (*char_ptr == c1 || *char_ptr == c2)
+        return (void *) void_ptr;
+      void_ptr = char_ptr + 1;
+    }
+
+  longword_ptr = void_ptr;
 
   /* All these elucidatory comments refer to 4-byte longwords,
      but the theory applies equally well to any size longwords.  */
 
-  longword_ptr = (const uintmax_t *) char_ptr;
-
-  /* Bits 31, 24, 16, and 8 of this number are zero.  Call these bits
-     the "holes."  Note that there is a hole just to the left of
-     each byte, with an extra at the end:
-
-     bits:  01111110 11111110 11111110 11111111
-     bytes: AAAAAAAA BBBBBBBB CCCCCCCC DDDDDDDD
-
-     The 1-bits make sure that carries propagate to the next 0-bit.
-     The 0-bits provide holes for carries to fall into.  */
-
-  /* Set MAGIC_BITS to be this pattern of 1 and 0 bits.
-     Set CHARMASK to be a longword, each of whose bytes is C.  */
-
-  magic_bits = 0xfefefefe;
-  charmask1 = c1 | (c1 << 8);
-  charmask2 = c2 | (c2 << 8);
-  charmask1 |= charmask1 << 16;
-  charmask2 |= charmask2 << 16;
-#if 0xffffffffU < UINTMAX_MAX
-  magic_bits |= magic_bits << 32;
-  charmask1 |= charmask1 << 32;
-  charmask2 |= charmask2 << 32;
-  if (8 < sizeof longword1)
-    for (i = 64; i < sizeof longword1 * 8; i *= 2)
-      {
-       magic_bits |= magic_bits << i;
-       charmask1 |= charmask1 << i;
-       charmask2 |= charmask2 << i;
-      }
-#endif
-  magic_bits = (UINTMAX_MAX >> 1) & (magic_bits | 1);
-
-  /* Instead of the traditional loop which tests each character,
-     we will test a longword at a time.  The tricky part is testing
-     if *any of the four* bytes in the longword in question are zero.  */
-  while (n >= sizeof longword1)
+  /* Compute auxiliary longword values:
+     repeated_one is a value which has a 1 in every byte.
+     repeated_c1 has c1 in every byte.
+     repeated_c2 has c2 in every byte.  */
+  repeated_one = 0x01010101;
+  repeated_c1 = c1 | (c1 << 8);
+  repeated_c2 = c2 | (c2 << 8);
+  repeated_c1 |= repeated_c1 << 16;
+  repeated_c2 |= repeated_c2 << 16;
+  if (0xffffffffU < (longword) -1)
     {
-      /* We tentatively exit the loop if adding MAGIC_BITS to
-        LONGWORD fails to change any of the hole bits of LONGWORD.
-
-        1) Is this safe?  Will it catch all the zero bytes?
-        Suppose there is a byte with all zeros.  Any carry bits
-        propagating from its left will fall into the hole at its
-        least significant bit and stop.  Since there will be no
-        carry from its most significant bit, the LSB of the
-        byte to the left will be unchanged, and the zero will be
-        detected.
-
-        2) Is this worthwhile?  Will it ignore everything except
-        zero bytes?  Suppose every byte of LONGWORD has a bit set
-        somewhere.  There will be a carry into bit 8.  If bit 8
-        is set, this will carry into bit 16.  If bit 8 is clear,
-        one of bits 9-15 must be set, so there will be a carry
-        into bit 16.  Similarly, there will be a carry into bit
-        24.  If one of bits 24-30 is set, there will be a carry
-        into bit 31, so all of the hole bits will be changed.
-
-        The one misfire occurs when bits 24-30 are clear and bit
-        31 is set; in this case, the hole at bit 31 is not
-        changed.  If we had access to the processor carry flag,
-        we could close this loophole by putting the fourth hole
-        at bit 32!
-
-        So it ignores everything except 128's, when they're aligned
-        properly.
-
-        3) But wait!  Aren't we looking for C, not zero?
-        Good point.  So what we do is XOR LONGWORD with a longword,
-        each of whose bytes is C.  This turns each byte that is C
-        into a zero.  */
-
-      longword1 = *longword_ptr ^ charmask1;
-      longword2 = *longword_ptr++ ^ charmask2;
-
-      /* Add MAGIC_BITS to LONGWORD.  */
-      if ((((longword1 + magic_bits)
-
-           /* Set those bits that were unchanged by the addition.  */
-           ^ ~longword1)
-
-          /* Look at only the hole bits.  If any of the hole bits
-             are unchanged, most likely one of the bytes was a
-             zero.  */
-          & ~magic_bits) != 0
-         || (((longword2 + magic_bits) ^ ~longword2) & ~magic_bits) != 0)
-       {
-         /* Which of the bytes was C?  If none of them were, it was
-            a misfire; continue the search.  */
-
-         const unsigned char *cp = (const unsigned char *) (longword_ptr - 1);
-
-         if (cp[0] == c1 || cp[0] == c2)
-           return (void *) cp;
-         if (cp[1] == c1 || cp[1] == c2)
-           return (void *) &cp[1];
-         if (cp[2] == c1 || cp[2] == c2)
-           return (void *) &cp[2];
-         if (cp[3] == c1 || cp[3] == c2)
-           return (void *) &cp[3];
-         if (4 < sizeof longword1 && (cp[4] == c1 || cp[4] == c2))
-           return (void *) &cp[4];
-         if (5 < sizeof longword1 && (cp[5] == c1 || cp[5] == c2))
-           return (void *) &cp[5];
-         if (6 < sizeof longword1 && (cp[6] == c1 || cp[6] == c2))
-           return (void *) &cp[6];
-         if (7 < sizeof longword1 && (cp[7] == c1 || cp[7] == c2))
-           return (void *) &cp[7];
-         if (8 < sizeof longword1)
-           for (i = 8; i < sizeof longword1; i++)
-             if (cp[i] == c1 || cp[i] == c2)
-               return (void *) &cp[i];
-       }
-
-      n -= sizeof longword1;
+      repeated_one |= repeated_one << 31 << 1;
+      repeated_c1 |= repeated_c1 << 31 << 1;
+      repeated_c2 |= repeated_c2 << 31 << 1;
+      if (8 < sizeof (longword))
+        {
+          size_t i;
+
+          for (i = 64; i < sizeof (longword) * 8; i *= 2)
+            {
+              repeated_one |= repeated_one << i;
+              repeated_c1 |= repeated_c1 << i;
+              repeated_c2 |= repeated_c2 << i;
+            }
+        }
+    }
+
+  /* Instead of the traditional loop which tests each byte, we will test a
+     longword at a time.  The tricky part is testing if *any of the four*
+     bytes in the longword in question are equal to c1 or c2.  We first use
+     an xor with repeated_c1 and repeated_c2, respectively.  This reduces
+     the task to testing whether *any of the four* bytes in longword1 or
+     longword2 is zero.
+
+     Let's consider longword1.  We compute tmp1 =
+       ((longword1 - repeated_one) & ~longword1) & (repeated_one << 7).
+     That is, we perform the following operations:
+       1. Subtract repeated_one.
+       2. & ~longword1.
+       3. & a mask consisting of 0x80 in every byte.
+     Consider what happens in each byte:
+       - If a byte of longword1 is zero, step 1 and 2 transform it into 0xff,
+         and step 3 transforms it into 0x80.  A carry can also be propagated
+         to more significant bytes.
+       - If a byte of longword1 is nonzero, let its lowest 1 bit be at
+         position k (0 <= k <= 7); so the lowest k bits are 0.  After step 1,
+         the byte ends in a single bit of value 0 and k bits of value 1.
+         After step 2, the result is just k bits of value 1: 2^k - 1.  After
+         step 3, the result is 0.  And no carry is produced.
+     So, if longword1 has only non-zero bytes, tmp1 is zero.
+     Whereas if longword1 has a zero byte, call j the position of the least
+     significant zero byte.  Then the result has a zero at positions 0, ...,
+     j-1 and a 0x80 at position j.  We cannot predict the result at the more
+     significant bytes (positions j+1..3), but it does not matter since we
+     already have a non-zero bit at position 8*j+7.
+
+     Similarly, we compute tmp2 =
+       ((longword2 - repeated_one) & ~longword2) & (repeated_one << 7).
+
+     The test whether any byte in longword1 or longword2 is zero is equivalent
+     to testing whether tmp1 is nonzero or tmp2 is nonzero.  We can combine
+     this into a single test, whether (tmp1 | tmp2) is nonzero.  */
+
+  while (n >= sizeof (longword))
+    {
+      longword longword1 = *longword_ptr ^ repeated_c1;
+      longword longword2 = *longword_ptr ^ repeated_c2;
+
+      if (((((longword1 - repeated_one) & ~longword1)
+            | ((longword2 - repeated_one) & ~longword2))
+           & (repeated_one << 7)) != 0)
+        break;
+      longword_ptr++;
+      n -= sizeof (longword);
     }
 
   char_ptr = (const unsigned char *) longword_ptr;
 
-  while (n-- > 0)
+  /* At this point, we know that either n < sizeof (longword), or one of the
+     sizeof (longword) bytes starting at char_ptr is == c1 or == c2.  On
+     little-endian machines, we could determine the first such byte without
+     any further memory accesses, just by looking at the (tmp1 | tmp2) result
+     from the last loop iteration.  But this does not work on big-endian
+     machines.  Choose code that works in both cases.  */
+
+  for (; n > 0; --n, ++char_ptr)
     {
       if (*char_ptr == c1 || *char_ptr == c2)
-       return (void *) char_ptr;
-      ++char_ptr;
+        return (void *) char_ptr;
     }
 
-  return 0;
+  return NULL;
 }