如何在线程安全的 C 库中有效地实现句柄

Question

我有一个相当复杂的符合 C99 的共享库。它包含大量的全局变量和许多短函数，但只有少数是用户直接使用的。

我想将它重构为一个线程安全的库。为此，我会让用户将一个句柄传递给每个函数。该句柄将是一个指向包含以前全局变量的结构的指针。

在这种情况下性能很重要，我不想危及它。实现句柄需要注意什么？例如，典型的函数如下所示

void calculate(){
    for (int i=0; i<N; i++){   
        particle[i].x += G * particle[i].y;
        other_function_that_does_something_to_particle();
    }
}

天真地，我会添加这样的句柄

void calculate(struct Handle* h){
    for (int i=0; i<h->N; i++){   
        h->particle[i].x += h->G * h->particle[i].y;
        other_function_that_does_something_to_particle(h);
    }
}

这看起来效率很低。有没有更好的方法？

Answer 1

传递指针的成本通常是微不足道的。它对架构有更大的影响，其中参数通过堆栈传递，而当参数通过寄存器传递时稍微小一些。

使用const 指针（指向常量数据的指针）。当数据可以被其他线程修改时，使用 volatile 字段或指针说明符。并使用 restrict.

所有类型说明符都有一定的影响。例如，当处理没有 restrict 的多个引用时，编译器可能被迫重新读取值，即使它已经读取了它们。等等。

值得一读：https://en.wikipedia.org/wiki/Restrict

Answer 2

那不一定慢。在某些架构上，它甚至可以更快，因为它们无论如何都必须将全局变量的地址加载到寄存器中（例如 ARM）。只需检查您平台的 PCS 和 ABI 以确保如何最好地传递参数，以便您在寄存器中传递 handle/context 指针。

我会让 h 本身保持不变，但是：struct Handle * const h。这可以防止 h 被意外修改。

如果可以移动到 C11，请查看 _Thread_local 存储 class 说明符。这可能就是你想要的。但是，如果手动实施可能更有效，则取决于您的系统。

如何在线程安全的 C 库中有效地实现句柄

How to implement a handle efficiently in thread safe C-library

c

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