用指针低三位存放额外信息的优化方法

一种用指针低三位存放额外信息的优化方法

在8字节对齐的情况下指针的低三位都是0，在某些情况下我们需要维持跟指针对应的额外信息，例如标志位，但是又不想为此创建一个结构体，那就可以利用指针的低三位来存储额外信息。

比如说我们希望原子操作的类型是64位的数据，这样可以利用CMPXCHG机器指令实现CAS操作，即我们希望定义std::atomic<T *>的变量实现原子操作，而不希望定义std::atomic<S>，S为某个结构体。这时候就可以应用上述技巧。

具体实现方式如下所示：

std::uintptr_t是定义一个可以表示地址值（指针值即地址值）的无符号整型。将指针转换成std::uintptr_t然后进行位运算。以下代码作为示例：

#include <iostream>
#include <stdint.h>

struct Data
{
    // 定义一些数据成员
    long int a;
    long int b;
    long int c;
};

// 定义三个标志位，不用细究三个标志位的具体含义，这个在这里不重要。
static constexpr std::uintptr_t HAS_DATA = 1;
static constexpr std::uintptr_t NEED_DATA = 2;
static constexpr std::uintptr_t CLOSED = 4;
static constexpr std::uintptr_t FLAGS_MASK = HAS_DATA | NEED_DATA | CLOSED;
static constexpr std::uintptr_t PTR_MASK = ~FLAGS_MASK;

int main()
{
    Data * dp = new Data();
    dp->a = 88;
    dp->b = 99;
    dp->c = 77;

    std::cout << "指针值为 " << std::hex << reinterpret_cast<int64_t>(dp) << std::endl;
    // 在指针上附加上标志位
    std::uintptr_t ptr_int = reinterpret_cast<std::uintptr_t>(dp) | HAS_DATA;
    std::cout << "加过标记位后 " << std::hex << ptr_int << std::endl;

    // 取标志位
    std::uintptr_t flags = ptr_int & FLAGS_MASK;
    std::cout << "标记位 " << flags << std::endl;

    // 需要用指针的时候，清零低三位，恢复指针值原来的值
    dp = reinterpret_cast<Data*>(ptr_int & PTR_MASK);
    std::cout << "使用恢复后的指针" << std::dec << dp->a << ", " << dp->b << ", " << dp->c << std::endl;
    return 0;
}