Age Owner Branch data TLA Line data Source code
1 : : /*-------------------------------------------------------------------------
2 : : *
3 : : * pg_bitutils.h
4 : : * Miscellaneous functions for bit-wise operations.
5 : : *
6 : : *
7 : : * Copyright (c) 2019-2024, PostgreSQL Global Development Group
8 : : *
9 : : * src/include/port/pg_bitutils.h
10 : : *
11 : : *-------------------------------------------------------------------------
12 : : */
13 : : #ifndef PG_BITUTILS_H
14 : : #define PG_BITUTILS_H
15 : :
16 : : #ifdef _MSC_VER
17 : : #include <intrin.h>
18 : : #define HAVE_BITSCAN_FORWARD
19 : : #define HAVE_BITSCAN_REVERSE
20 : :
21 : : #else
22 : : #if defined(HAVE__BUILTIN_CTZ)
23 : : #define HAVE_BITSCAN_FORWARD
24 : : #endif
25 : :
26 : : #if defined(HAVE__BUILTIN_CLZ)
27 : : #define HAVE_BITSCAN_REVERSE
28 : : #endif
29 : : #endif /* _MSC_VER */
30 : :
31 : : extern PGDLLIMPORT const uint8 pg_leftmost_one_pos[256];
32 : : extern PGDLLIMPORT const uint8 pg_rightmost_one_pos[256];
33 : : extern PGDLLIMPORT const uint8 pg_number_of_ones[256];
34 : :
35 : : /*
36 : : * pg_leftmost_one_pos32
37 : : * Returns the position of the most significant set bit in "word",
38 : : * measured from the least significant bit. word must not be 0.
39 : : */
40 : : static inline int
1885 tgl@sss.pgh.pa.us 41 :CBC 412552429 : pg_leftmost_one_pos32(uint32 word)
42 : : {
43 : : #ifdef HAVE__BUILTIN_CLZ
417 john.naylor@postgres 44 [ - + ]: 412552429 : Assert(word != 0);
45 : :
46 : 412552429 : return 31 - __builtin_clz(word);
47 : : #elif defined(_MSC_VER)
48 : : unsigned long result;
49 : : bool non_zero;
50 : :
51 : : Assert(word != 0);
52 : :
53 : : non_zero = _BitScanReverse(&result, word);
54 : : return (int) result;
55 : : #else
56 : : int shift = 32 - 8;
57 : :
58 : : Assert(word != 0);
59 : :
60 : : while ((word >> shift) == 0)
61 : : shift -= 8;
62 : :
63 : : return shift + pg_leftmost_one_pos[(word >> shift) & 255];
64 : : #endif /* HAVE__BUILTIN_CLZ */
65 : : }
66 : :
67 : : /*
68 : : * pg_leftmost_one_pos64
69 : : * As above, but for a 64-bit word.
70 : : */
71 : : static inline int
1885 tgl@sss.pgh.pa.us 72 : 2134529 : pg_leftmost_one_pos64(uint64 word)
73 : : {
74 : : #ifdef HAVE__BUILTIN_CLZ
75 [ - + ]: 2134529 : Assert(word != 0);
76 : :
77 : : #if defined(HAVE_LONG_INT_64)
417 john.naylor@postgres 78 : 2134529 : return 63 - __builtin_clzl(word);
79 : : #elif defined(HAVE_LONG_LONG_INT_64)
80 : : return 63 - __builtin_clzll(word);
81 : : #else
82 : : #error must have a working 64-bit integer datatype
83 : : #endif /* HAVE_LONG_INT_64 */
84 : :
85 : : #elif defined(_MSC_VER) && (defined(_M_AMD64) || defined(_M_ARM64))
86 : : unsigned long result;
87 : : bool non_zero;
88 : :
89 : : Assert(word != 0);
90 : :
91 : : non_zero = _BitScanReverse64(&result, word);
92 : : return (int) result;
93 : : #else
94 : : int shift = 64 - 8;
95 : :
96 : : Assert(word != 0);
97 : :
98 : : while ((word >> shift) == 0)
99 : : shift -= 8;
100 : :
101 : : return shift + pg_leftmost_one_pos[(word >> shift) & 255];
102 : : #endif /* HAVE__BUILTIN_CLZ */
103 : : }
104 : :
105 : : /*
106 : : * pg_rightmost_one_pos32
107 : : * Returns the position of the least significant set bit in "word",
108 : : * measured from the least significant bit. word must not be 0.
109 : : */
110 : : static inline int
1885 tgl@sss.pgh.pa.us 111 : 2791855 : pg_rightmost_one_pos32(uint32 word)
112 : : {
113 : : #ifdef HAVE__BUILTIN_CTZ
417 john.naylor@postgres 114 [ - + ]: 2791855 : Assert(word != 0);
115 : :
116 : 2791855 : return __builtin_ctz(word);
117 : : #elif defined(_MSC_VER)
118 : : unsigned long result;
119 : : bool non_zero;
120 : :
121 : : Assert(word != 0);
122 : :
123 : : non_zero = _BitScanForward(&result, word);
124 : : return (int) result;
125 : : #else
126 : : int result = 0;
127 : :
128 : : Assert(word != 0);
129 : :
130 : : while ((word & 255) == 0)
131 : : {
132 : : word >>= 8;
133 : : result += 8;
134 : : }
135 : : result += pg_rightmost_one_pos[word & 255];
136 : : return result;
137 : : #endif /* HAVE__BUILTIN_CTZ */
138 : : }
139 : :
140 : : /*
141 : : * pg_rightmost_one_pos64
142 : : * As above, but for a 64-bit word.
143 : : */
144 : : static inline int
1885 tgl@sss.pgh.pa.us 145 : 5842957 : pg_rightmost_one_pos64(uint64 word)
146 : : {
147 : : #ifdef HAVE__BUILTIN_CTZ
417 john.naylor@postgres 148 [ - + ]: 5842957 : Assert(word != 0);
149 : :
150 : : #if defined(HAVE_LONG_INT_64)
151 : 5842957 : return __builtin_ctzl(word);
152 : : #elif defined(HAVE_LONG_LONG_INT_64)
153 : : return __builtin_ctzll(word);
154 : : #else
155 : : #error must have a working 64-bit integer datatype
156 : : #endif /* HAVE_LONG_INT_64 */
157 : :
158 : : #elif defined(_MSC_VER) && (defined(_M_AMD64) || defined(_M_ARM64))
159 : : unsigned long result;
160 : : bool non_zero;
161 : :
162 : : Assert(word != 0);
163 : :
164 : : non_zero = _BitScanForward64(&result, word);
165 : : return (int) result;
166 : : #else
167 : : int result = 0;
168 : :
169 : : Assert(word != 0);
170 : :
171 : : while ((word & 255) == 0)
172 : : {
173 : : word >>= 8;
174 : : result += 8;
175 : : }
176 : : result += pg_rightmost_one_pos[word & 255];
177 : : return result;
178 : : #endif /* HAVE__BUILTIN_CTZ */
179 : : }
180 : :
181 : : /*
182 : : * pg_nextpower2_32
183 : : * Returns the next higher power of 2 above 'num', or 'num' if it's
184 : : * already a power of 2.
185 : : *
186 : : * 'num' mustn't be 0 or be above PG_UINT32_MAX / 2 + 1.
187 : : */
188 : : static inline uint32
1467 drowley@postgresql.o 189 : 35330018 : pg_nextpower2_32(uint32 num)
190 : : {
191 [ + - - + ]: 35330018 : Assert(num > 0 && num <= PG_UINT32_MAX / 2 + 1);
192 : :
193 : : /*
194 : : * A power 2 number has only 1 bit set. Subtracting 1 from such a number
195 : : * will turn on all previous bits resulting in no common bits being set
196 : : * between num and num-1.
197 : : */
198 [ + + ]: 35330018 : if ((num & (num - 1)) == 0)
199 : 33590036 : return num; /* already power 2 */
200 : :
201 : 1739982 : return ((uint32) 1) << (pg_leftmost_one_pos32(num) + 1);
202 : : }
203 : :
204 : : /*
205 : : * pg_nextpower2_64
206 : : * Returns the next higher power of 2 above 'num', or 'num' if it's
207 : : * already a power of 2.
208 : : *
209 : : * 'num' mustn't be 0 or be above PG_UINT64_MAX / 2 + 1.
210 : : */
211 : : static inline uint64
212 : 95214 : pg_nextpower2_64(uint64 num)
213 : : {
214 [ + - + + ]: 95214 : Assert(num > 0 && num <= PG_UINT64_MAX / 2 + 1);
215 : :
216 : : /*
217 : : * A power 2 number has only 1 bit set. Subtracting 1 from such a number
218 : : * will turn on all previous bits resulting in no common bits being set
219 : : * between num and num-1.
220 : : */
221 [ + + ]: 95214 : if ((num & (num - 1)) == 0)
222 : 50533 : return num; /* already power 2 */
223 : :
224 : 44681 : return ((uint64) 1) << (pg_leftmost_one_pos64(num) + 1);
225 : : }
226 : :
227 : : /*
228 : : * pg_prevpower2_32
229 : : * Returns the next lower power of 2 below 'num', or 'num' if it's
230 : : * already a power of 2.
231 : : *
232 : : * 'num' mustn't be 0.
233 : : */
234 : : static inline uint32
994 tgl@sss.pgh.pa.us 235 : 18 : pg_prevpower2_32(uint32 num)
236 : : {
237 : 18 : return ((uint32) 1) << pg_leftmost_one_pos32(num);
238 : : }
239 : :
240 : : /*
241 : : * pg_prevpower2_64
242 : : * Returns the next lower power of 2 below 'num', or 'num' if it's
243 : : * already a power of 2.
244 : : *
245 : : * 'num' mustn't be 0.
246 : : */
247 : : static inline uint64
248 : 280577 : pg_prevpower2_64(uint64 num)
249 : : {
250 : 280577 : return ((uint64) 1) << pg_leftmost_one_pos64(num);
251 : : }
252 : :
253 : : /*
254 : : * pg_ceil_log2_32
255 : : * Returns equivalent of ceil(log2(num))
256 : : */
257 : : static inline uint32
1467 drowley@postgresql.o 258 : 362678 : pg_ceil_log2_32(uint32 num)
259 : : {
260 [ - + ]: 362678 : if (num < 2)
1467 drowley@postgresql.o 261 :UBC 0 : return 0;
262 : : else
1467 drowley@postgresql.o 263 :CBC 362678 : return pg_leftmost_one_pos32(num - 1) + 1;
264 : : }
265 : :
266 : : /*
267 : : * pg_ceil_log2_64
268 : : * Returns equivalent of ceil(log2(num))
269 : : */
270 : : static inline uint64
271 : 493420 : pg_ceil_log2_64(uint64 num)
272 : : {
273 [ + + ]: 493420 : if (num < 2)
274 : 196440 : return 0;
275 : : else
276 : 296980 : return pg_leftmost_one_pos64(num - 1) + 1;
277 : : }
278 : :
279 : : /*
280 : : * With MSVC on x86_64 builds, try using native popcnt instructions via the
281 : : * __popcnt and __popcnt64 intrinsics. These don't work the same as GCC's
282 : : * __builtin_popcount* intrinsic functions as they always emit popcnt
283 : : * instructions.
284 : : */
285 : : #if defined(_MSC_VER) && defined(_M_AMD64)
286 : : #define HAVE_X86_64_POPCNTQ
287 : : #endif
288 : :
289 : : /*
290 : : * On x86_64, we can use the hardware popcount instruction, but only if
291 : : * we can verify that the CPU supports it via the cpuid instruction.
292 : : *
293 : : * Otherwise, we fall back to a hand-rolled implementation.
294 : : */
295 : : #ifdef HAVE_X86_64_POPCNTQ
296 : : #if defined(HAVE__GET_CPUID) || defined(HAVE__CPUID)
297 : : #define TRY_POPCNT_FAST 1
298 : : #endif
299 : : #endif
300 : :
301 : : #ifdef TRY_POPCNT_FAST
302 : : /* Attempt to use the POPCNT instruction, but perform a runtime check first */
303 : : extern PGDLLIMPORT int (*pg_popcount32) (uint32 word);
304 : : extern PGDLLIMPORT int (*pg_popcount64) (uint64 word);
305 : : extern PGDLLIMPORT uint64 (*pg_popcount_optimized) (const char *buf, int bytes);
306 : : extern PGDLLIMPORT uint64 (*pg_popcount_masked_optimized) (const char *buf, int bytes, bits8 mask);
307 : :
308 : : /*
309 : : * We can also try to use the AVX-512 popcount instruction on some systems.
310 : : * The implementation of that is located in its own file because it may
311 : : * require special compiler flags that we don't want to apply to any other
312 : : * files.
313 : : */
314 : : #ifdef USE_AVX512_POPCNT_WITH_RUNTIME_CHECK
315 : : extern bool pg_popcount_avx512_available(void);
316 : : extern uint64 pg_popcount_avx512(const char *buf, int bytes);
317 : : extern uint64 pg_popcount_masked_avx512(const char *buf, int bytes, bits8 mask);
318 : : #endif
319 : :
320 : : #else
321 : : /* Use a portable implementation -- no need for a function pointer. */
322 : : extern int pg_popcount32(uint32 word);
323 : : extern int pg_popcount64(uint64 word);
324 : : extern uint64 pg_popcount_optimized(const char *buf, int bytes);
325 : : extern uint64 pg_popcount_masked_optimized(const char *buf, int bytes, bits8 mask);
326 : :
327 : : #endif /* TRY_POPCNT_FAST */
328 : :
329 : : /*
330 : : * Returns the number of 1-bits in buf.
331 : : *
332 : : * If there aren't many bytes to process, the function call overhead of the
333 : : * optimized versions isn't worth taking, so we inline a loop that consults
334 : : * pg_number_of_ones in that case. If there are many bytes to process, we
335 : : * accept the function call overhead because the optimized versions are likely
336 : : * to be faster.
337 : : */
338 : : static inline uint64
11 nathan@postgresql.or 339 :GNC 5334 : pg_popcount(const char *buf, int bytes)
340 : : {
341 : : /*
342 : : * We set the threshold to the point at which we'll first use special
343 : : * instructions in the optimized version.
344 : : */
345 : : #if SIZEOF_VOID_P >= 8
346 : 5334 : int threshold = 8;
347 : : #else
348 : : int threshold = 4;
349 : : #endif
350 : :
351 [ + + ]: 5334 : if (bytes < threshold)
352 : : {
353 : 5313 : uint64 popcnt = 0;
354 : :
355 [ + + ]: 10662 : while (bytes--)
356 : 5349 : popcnt += pg_number_of_ones[(unsigned char) *buf++];
357 : 5313 : return popcnt;
358 : : }
359 : :
360 : 21 : return pg_popcount_optimized(buf, bytes);
361 : : }
362 : :
363 : : /*
364 : : * Returns the number of 1-bits in buf after applying the mask to each byte.
365 : : *
366 : : * Similar to pg_popcount(), we only take on the function pointer overhead when
367 : : * it's likely to be faster.
368 : : */
369 : : static inline uint64
8 370 : 36101 : pg_popcount_masked(const char *buf, int bytes, bits8 mask)
371 : : {
372 : : /*
373 : : * We set the threshold to the point at which we'll first use special
374 : : * instructions in the optimized version.
375 : : */
376 : : #if SIZEOF_VOID_P >= 8
377 : 36101 : int threshold = 8;
378 : : #else
379 : : int threshold = 4;
380 : : #endif
381 : :
382 [ - + ]: 36101 : if (bytes < threshold)
383 : : {
8 nathan@postgresql.or 384 :UNC 0 : uint64 popcnt = 0;
385 : :
386 [ # # ]: 0 : while (bytes--)
387 : 0 : popcnt += pg_number_of_ones[(unsigned char) *buf++ & mask];
388 : 0 : return popcnt;
389 : : }
390 : :
8 nathan@postgresql.or 391 :GNC 36101 : return pg_popcount_masked_optimized(buf, bytes, mask);
392 : : }
393 : :
394 : : /*
395 : : * Rotate the bits of "word" to the right/left by n bits.
396 : : */
397 : : static inline uint32
1573 tmunro@postgresql.or 398 :CBC 8008493 : pg_rotate_right32(uint32 word, int n)
399 : : {
784 john.naylor@postgres 400 : 8008493 : return (word >> n) | (word << (32 - n));
401 : : }
402 : :
403 : : static inline uint32
404 : 2383655145 : pg_rotate_left32(uint32 word, int n)
405 : : {
406 : 2383655145 : return (word << n) | (word >> (32 - n));
407 : : }
408 : :
409 : : /* size_t variants of the above, as required */
410 : :
411 : : #if SIZEOF_SIZE_T == 4
412 : : #define pg_leftmost_one_pos_size_t pg_leftmost_one_pos32
413 : : #define pg_nextpower2_size_t pg_nextpower2_32
414 : : #define pg_prevpower2_size_t pg_prevpower2_32
415 : : #else
416 : : #define pg_leftmost_one_pos_size_t pg_leftmost_one_pos64
417 : : #define pg_nextpower2_size_t pg_nextpower2_64
418 : : #define pg_prevpower2_size_t pg_prevpower2_64
419 : : #endif
420 : :
421 : : #endif /* PG_BITUTILS_H */
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