Question

我正在编写一个内存分配器，它由位图（uint8_t数组）支持当前当分配请求出现时我将位图从0位扫描到n位并搜索可以满足的空间请求。（位1表示使用0表示页面的页面是免费的）现在，不是一次一位地搜索空格，是否有技术可以更快地扫描整个阵列？即如果有3页内存请求到达，我想在一次搜索中一次性搜索000模式而不进行循环？

PS：我没有使用std::bitset，因为它不适用于我正在使用的编译器。 AFAIK也不允许我搜索多个位。

编辑：比特被打包成字节，一个uint8_t有8页（每比特1个）编码。

Answer 1

要扫描一个空页，您可以一次遍历位数一个完整字节并检查它是否小于255.如果它小于，则至少有一个零位。更好的方法是一次扫描32位或64位（无符号整数），然后缩小uint内的搜索范围。

要优化一位，您可以用零位跟踪第一个字节（并在释放页面时更新该位置）。一旦分配了这个空闲页面，这可能会产生误报，但至少下次扫描可以从那里开始而不是在开始时。

如果您愿意在功率为2的情况下对齐较大的块（取决于您的数据结构），则可以优化对多个页面的扫描。例如，要分配8个页面，您只需扫描整个字节为零：

1 page: scan for any zero bit (up to 64 bits at a time)
2 pages: scan for 2 zero bits at bit position 0,2,4,6
3-4 pages: scan for zero nibble (for 3 pages, the fourth would be available for 1 page then)
5-8 pages: scan for an empty byte

for each of the above, you could first scan 64 bits at a time.

这样，您就不必担心（或检查）byte / uint32 / uint64边界处的重叠零范围。

对于每种类型，可以保留/更新第一个空闲块的起始位置。

Answer 2

不是你问题的完整答案（我想），但我希望以下功能可以提供帮助。

template <typename I>
bool scan_n_zeros (I iVal, std::size_t num)
 {
   while ( --num )
      iVal |= ((iVal << 1) | I{1});

   return iVal != I(-1);
 }

它返回（如果我已正确写入）true 如果（不在哪里）num中至少有iVal个连续的零位。

以下是T为uint8_t

时的完整工作示例

#include <iostream>

template <typename I>
bool scan_n_zeros (I iVal, std::size_t num)
 {
   while ( --num )
      iVal |= ((iVal << 1) | I{1});

   return iVal != I(-1);
 }

int main()
 {
   uint8_t  u0 { 0b00100100 };
   uint8_t  u1 { 0b00001111 };
   uint8_t  u2 { 0b10000111 };
   uint8_t  u3 { 0b11000011 };
   uint8_t  u4 { 0b11100001 };
   uint8_t  u5 { 0b11110000 };

   std::cout << scan_n_zeros(u0, 2U) << std::endl; // print 1
   std::cout << scan_n_zeros(u0, 3U) << std::endl; // print 0
   std::cout << scan_n_zeros(u1, 4U) << std::endl; // print 1
   std::cout << scan_n_zeros(u1, 5U) << std::endl; // print 0
   std::cout << scan_n_zeros(u2, 4U) << std::endl; // print 1
   std::cout << scan_n_zeros(u2, 5U) << std::endl; // print 0
   std::cout << scan_n_zeros(u3, 4U) << std::endl; // print 1
   std::cout << scan_n_zeros(u3, 5U) << std::endl; // print 0
   std::cout << scan_n_zeros(u4, 4U) << std::endl; // print 1
   std::cout << scan_n_zeros(u4, 5U) << std::endl; // print 0
   std::cout << scan_n_zeros(u5, 4U) << std::endl; // print 1
   std::cout << scan_n_zeros(u5, 5U) << std::endl; // print 0
 }

扫描位阵列以获得多位模式

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