huangcm
2025-04-22 c8cf547b11f2c03565d8fb8b8bcdc69860d0ed08
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
/*
 * Copyright (C) 2017 The Android Open Source Project
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */
 
#ifndef ART_LIBARTBASE_BASE_BIT_MEMORY_REGION_H_
#define ART_LIBARTBASE_BASE_BIT_MEMORY_REGION_H_
 
#include "memory_region.h"
 
#include "bit_utils.h"
#include "memory_tool.h"
 
namespace art {
 
// Bit memory region is a bit offset subregion of a normal memoryregion. This is useful for
// abstracting away the bit start offset to avoid needing passing as an argument everywhere.
class BitMemoryRegion final : public ValueObject {
 public:
  struct Less {
    bool operator()(const BitMemoryRegion& lhs, const BitMemoryRegion& rhs) const {
      return Compare(lhs, rhs) < 0;
    }
  };
 
  BitMemoryRegion() = default;
  ALWAYS_INLINE BitMemoryRegion(uint8_t* data, ssize_t bit_start, size_t bit_size) {
    // Normalize the data pointer. Note that bit_start may be negative.
    uint8_t* aligned_data = AlignDown(data + (bit_start >> kBitsPerByteLog2), sizeof(uintptr_t));
    data_ = reinterpret_cast<uintptr_t*>(aligned_data);
    bit_start_ = bit_start + kBitsPerByte * (data - aligned_data);
    bit_size_ = bit_size;
    DCHECK_LT(bit_start_, static_cast<size_t>(kBitsPerIntPtrT));
  }
  ALWAYS_INLINE explicit BitMemoryRegion(MemoryRegion region)
    : BitMemoryRegion(region.begin(), /* bit_start */ 0, region.size_in_bits()) {
  }
  ALWAYS_INLINE BitMemoryRegion(MemoryRegion region, size_t bit_offset, size_t bit_length)
    : BitMemoryRegion(region) {
    *this = Subregion(bit_offset, bit_length);
  }
 
  ALWAYS_INLINE bool IsValid() const { return data_ != nullptr; }
 
  const uint8_t* data() const {
    DCHECK_ALIGNED(bit_start_, kBitsPerByte);
    return reinterpret_cast<const uint8_t*>(data_) + bit_start_ / kBitsPerByte;
  }
 
  size_t size_in_bits() const {
    return bit_size_;
  }
 
  void Resize(size_t bit_size) {
    bit_size_ = bit_size;
  }
 
  ALWAYS_INLINE BitMemoryRegion Subregion(size_t bit_offset, size_t bit_length) const {
    DCHECK_LE(bit_offset, bit_size_);
    DCHECK_LE(bit_length, bit_size_ - bit_offset);
    BitMemoryRegion result = *this;
    result.bit_start_ += bit_offset;
    result.bit_size_ = bit_length;
    return result;
  }
 
  ALWAYS_INLINE BitMemoryRegion Subregion(size_t bit_offset) const {
    DCHECK_LE(bit_offset, bit_size_);
    BitMemoryRegion result = *this;
    result.bit_start_ += bit_offset;
    result.bit_size_ -= bit_offset;
    return result;
  }
 
  // Load a single bit in the region. The bit at offset 0 is the least
  // significant bit in the first byte.
  ALWAYS_INLINE bool LoadBit(size_t bit_offset) const {
    DCHECK_LT(bit_offset, bit_size_);
    uint8_t* data = reinterpret_cast<uint8_t*>(data_);
    size_t index = (bit_start_ + bit_offset) / kBitsPerByte;
    size_t shift = (bit_start_ + bit_offset) % kBitsPerByte;
    return ((data[index] >> shift) & 1) != 0;
  }
 
  ALWAYS_INLINE void StoreBit(size_t bit_offset, bool value) {
    DCHECK_LT(bit_offset, bit_size_);
    uint8_t* data = reinterpret_cast<uint8_t*>(data_);
    size_t index = (bit_start_ + bit_offset) / kBitsPerByte;
    size_t shift = (bit_start_ + bit_offset) % kBitsPerByte;
    data[index] &= ~(1 << shift);  // Clear bit.
    data[index] |= (value ? 1 : 0) << shift;  // Set bit.
    DCHECK_EQ(value, LoadBit(bit_offset));
  }
 
  // Load `bit_length` bits from `data` starting at given `bit_offset`.
  // The least significant bit is stored in the smallest memory offset.
  ATTRIBUTE_NO_SANITIZE_ADDRESS  // We might touch extra bytes due to the alignment.
  ALWAYS_INLINE uint32_t LoadBits(size_t bit_offset, size_t bit_length) const {
    DCHECK(IsAligned<sizeof(uintptr_t)>(data_));
    DCHECK_LE(bit_offset, bit_size_);
    DCHECK_LE(bit_length, bit_size_ - bit_offset);
    DCHECK_LE(bit_length, BitSizeOf<uint32_t>());
    if (bit_length == 0) {
      return 0;
    }
    uintptr_t mask = std::numeric_limits<uintptr_t>::max() >> (kBitsPerIntPtrT - bit_length);
    size_t index = (bit_start_ + bit_offset) / kBitsPerIntPtrT;
    size_t shift = (bit_start_ + bit_offset) % kBitsPerIntPtrT;
    uintptr_t value = data_[index] >> shift;
    size_t finished_bits = kBitsPerIntPtrT - shift;
    if (finished_bits < bit_length) {
      value |= data_[index + 1] << finished_bits;
    }
    return value & mask;
  }
 
  // Store `bit_length` bits in `data` starting at given `bit_offset`.
  // The least significant bit is stored in the smallest memory offset.
  ALWAYS_INLINE void StoreBits(size_t bit_offset, uint32_t value, size_t bit_length) {
    DCHECK_LE(bit_offset, bit_size_);
    DCHECK_LE(bit_length, bit_size_ - bit_offset);
    DCHECK_LE(bit_length, BitSizeOf<uint32_t>());
    DCHECK_LE(value, MaxInt<uint32_t>(bit_length));
    if (bit_length == 0) {
      return;
    }
    // Write data byte by byte to avoid races with other threads
    // on bytes that do not overlap with this region.
    uint8_t* data = reinterpret_cast<uint8_t*>(data_);
    uint32_t mask = std::numeric_limits<uint32_t>::max() >> (BitSizeOf<uint32_t>() - bit_length);
    size_t index = (bit_start_ + bit_offset) / kBitsPerByte;
    size_t shift = (bit_start_ + bit_offset) % kBitsPerByte;
    data[index] &= ~(mask << shift);  // Clear bits.
    data[index] |= (value << shift);  // Set bits.
    size_t finished_bits = kBitsPerByte - shift;
    for (int i = 1; finished_bits < bit_length; i++, finished_bits += kBitsPerByte) {
      data[index + i] &= ~(mask >> finished_bits);  // Clear bits.
      data[index + i] |= (value >> finished_bits);  // Set bits.
    }
    DCHECK_EQ(value, LoadBits(bit_offset, bit_length));
  }
 
  // Store bits from other bit region.
  ALWAYS_INLINE void StoreBits(size_t bit_offset, const BitMemoryRegion& src, size_t bit_length) {
    DCHECK_LE(bit_offset, bit_size_);
    DCHECK_LE(bit_length, bit_size_ - bit_offset);
    size_t bit = 0;
    constexpr size_t kNumBits = BitSizeOf<uint32_t>();
    for (; bit + kNumBits <= bit_length; bit += kNumBits) {
      StoreBits(bit_offset + bit, src.LoadBits(bit, kNumBits), kNumBits);
    }
    size_t num_bits = bit_length - bit;
    StoreBits(bit_offset + bit, src.LoadBits(bit, num_bits), num_bits);
  }
 
  // Count the number of set bits within the given bit range.
  ALWAYS_INLINE size_t PopCount(size_t bit_offset, size_t bit_length) const {
    DCHECK_LE(bit_offset, bit_size_);
    DCHECK_LE(bit_length, bit_size_ - bit_offset);
    size_t count = 0;
    size_t bit = 0;
    constexpr size_t kNumBits = BitSizeOf<uint32_t>();
    for (; bit + kNumBits <= bit_length; bit += kNumBits) {
      count += POPCOUNT(LoadBits(bit_offset + bit, kNumBits));
    }
    count += POPCOUNT(LoadBits(bit_offset + bit, bit_length - bit));
    return count;
  }
 
  static int Compare(const BitMemoryRegion& lhs, const BitMemoryRegion& rhs) {
    if (lhs.size_in_bits() != rhs.size_in_bits()) {
      return (lhs.size_in_bits() < rhs.size_in_bits()) ? -1 : 1;
    }
    size_t bit = 0;
    constexpr size_t kNumBits = BitSizeOf<uint32_t>();
    for (; bit + kNumBits <= lhs.size_in_bits(); bit += kNumBits) {
      uint32_t lhs_bits = lhs.LoadBits(bit, kNumBits);
      uint32_t rhs_bits = rhs.LoadBits(bit, kNumBits);
      if (lhs_bits != rhs_bits) {
        return (lhs_bits < rhs_bits) ? -1 : 1;
      }
    }
    size_t num_bits = lhs.size_in_bits() - bit;
    uint32_t lhs_bits = lhs.LoadBits(bit, num_bits);
    uint32_t rhs_bits = rhs.LoadBits(bit, num_bits);
    if (lhs_bits != rhs_bits) {
      return (lhs_bits < rhs_bits) ? -1 : 1;
    }
    return 0;
  }
 
 private:
  // The data pointer must be naturally aligned. This makes loading code faster.
  uintptr_t* data_ = nullptr;
  size_t bit_start_ = 0;
  size_t bit_size_ = 0;
};
 
constexpr uint32_t kVarintHeaderBits = 4;
constexpr uint32_t kVarintSmallValue = 11;  // Maximum value which is stored as-is.
 
class BitMemoryReader {
 public:
  BitMemoryReader(BitMemoryReader&&) = default;
  explicit BitMemoryReader(BitMemoryRegion data)
      : finished_region_(data.Subregion(0, 0) /* set the length to zero */ ) {
  }
  explicit BitMemoryReader(const uint8_t* data, ssize_t bit_offset = 0)
      : finished_region_(const_cast<uint8_t*>(data), bit_offset, /* bit_length */ 0) {
  }
 
  const uint8_t* data() const { return finished_region_.data(); }
 
  BitMemoryRegion GetReadRegion() const { return finished_region_; }
 
  size_t NumberOfReadBits() const { return finished_region_.size_in_bits(); }
 
  ALWAYS_INLINE BitMemoryRegion ReadRegion(size_t bit_length) {
    size_t bit_offset = finished_region_.size_in_bits();
    finished_region_.Resize(bit_offset + bit_length);
    return finished_region_.Subregion(bit_offset, bit_length);
  }
 
  ALWAYS_INLINE uint32_t ReadBits(size_t bit_length) {
    return ReadRegion(bit_length).LoadBits(/* bit_offset */ 0, bit_length);
  }
 
  ALWAYS_INLINE bool ReadBit() {
    return ReadRegion(/* bit_length */ 1).LoadBit(/* bit_offset */ 0);
  }
 
  // Read variable-length bit-packed integer.
  // The first four bits determine the variable length of the encoded integer:
  //   Values 0..11 represent the result as-is, with no further following bits.
  //   Values 12..15 mean the result is in the next 8/16/24/32-bits respectively.
  ALWAYS_INLINE uint32_t ReadVarint() {
    uint32_t x = ReadBits(kVarintHeaderBits);
    if (x > kVarintSmallValue) {
      x = ReadBits((x - kVarintSmallValue) * kBitsPerByte);
    }
    return x;
  }
 
 private:
  // Represents all of the bits which were read so far. There is no upper bound.
  // Therefore, by definition, the "cursor" is always at the end of the region.
  BitMemoryRegion finished_region_;
 
  DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(BitMemoryReader);
};
 
template<typename Vector>
class BitMemoryWriter {
 public:
  explicit BitMemoryWriter(Vector* out, size_t bit_offset = 0)
      : out_(out), bit_start_(bit_offset), bit_offset_(bit_offset) {
    DCHECK_EQ(NumberOfWrittenBits(), 0u);
  }
 
  BitMemoryRegion GetWrittenRegion() const {
    return BitMemoryRegion(out_->data(), bit_start_, bit_offset_ - bit_start_);
  }
 
  const uint8_t* data() const { return out_->data(); }
 
  size_t NumberOfWrittenBits() const { return bit_offset_ - bit_start_; }
 
  ALWAYS_INLINE BitMemoryRegion Allocate(size_t bit_length) {
    out_->resize(BitsToBytesRoundUp(bit_offset_ + bit_length));
    BitMemoryRegion region(out_->data(), bit_offset_, bit_length);
    DCHECK_LE(bit_length, std::numeric_limits<size_t>::max() - bit_offset_) << "Overflow";
    bit_offset_ += bit_length;
    return region;
  }
 
  ALWAYS_INLINE void WriteRegion(const BitMemoryRegion& region) {
    Allocate(region.size_in_bits()).StoreBits(/* bit_offset */ 0, region, region.size_in_bits());
  }
 
  ALWAYS_INLINE void WriteBits(uint32_t value, size_t bit_length) {
    Allocate(bit_length).StoreBits(/* bit_offset */ 0, value, bit_length);
  }
 
  ALWAYS_INLINE void WriteBit(bool value) {
    Allocate(1).StoreBit(/* bit_offset */ 0, value);
  }
 
  // Write variable-length bit-packed integer.
  ALWAYS_INLINE void WriteVarint(uint32_t value) {
    if (value <= kVarintSmallValue) {
      WriteBits(value, kVarintHeaderBits);
    } else {
      uint32_t num_bits = RoundUp(MinimumBitsToStore(value), kBitsPerByte);
      uint32_t header = kVarintSmallValue + num_bits / kBitsPerByte;
      WriteBits(header, kVarintHeaderBits);
      WriteBits(value, num_bits);
    }
  }
 
  ALWAYS_INLINE void ByteAlign() {
    size_t end = bit_start_ + bit_offset_;
    bit_offset_ += RoundUp(end, kBitsPerByte) - end;
  }
 
 private:
  Vector* out_;
  size_t bit_start_;
  size_t bit_offset_;
 
  DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(BitMemoryWriter);
};
 
}  // namespace art
 
#endif  // ART_LIBARTBASE_BASE_BIT_MEMORY_REGION_H_