C ++中的宏自动生成变量

Question

我有下面的代码，它是一个 pintool I am writing in C++ this is a part of a code 生成单核系统的 ITLB 部分。我正在尝试调整上面的代码，使其适用于多核（例如 4）

#define CORE_NUM 4

namespace ITLB
{
    // instruction TLB: 4 kB pages, 32 entries, fully associative
    const UINT32 lineSize = 4*KILO;
    const UINT32 cacheSize = 32 * lineSize;
    const UINT32 associativity = 32;
    const CACHE_ALLOC::STORE_ALLOCATION allocation = CACHE_ALLOC::STORE_ALLOCATE;

    const UINT32 max_sets = cacheSize / (lineSize * associativity);
    const UINT32 max_associativity = associativity;

    typedef CACHE_ROUND_ROBIN(max_sets, max_associativity, allocation) CACHE;
}
LOCALVAR ITLB::CACHE itlb("ITLB 0", ITLB::cacheSize, ITLB::lineSize, ITLB::associativity);

我想自动生成以下内容：

LOCALVAR ITLB::CACHE itlb_0("ITLB 0", ITLB::cacheSize, ITLB::lineSize, ITLB::associativity);
LOCALVAR ITLB::CACHE itlb_1("ITLB 1", ITLB::cacheSize, ITLB::lineSize, ITLB::associativity);
LOCALVAR ITLB::CACHE itlb_2("ITLB 2", ITLB::cacheSize, ITLB::lineSize, ITLB::associativity);
LOCALVAR ITLB::CACHE itlb_3("ITLB 3", ITLB::cacheSize, ITLB::lineSize, ITLB::associativity);

因为 CORE_NUM = 4。我想一个可能的解决方案是 MACROS！有什么帮助吗？我不太熟悉使用 MACRO，谁能建议我一个可能的解决方案？

Answer 1

也许这可以帮到你

#define fun(a, b, num) LOCALVAR ITLB::CACHE a ## num (#b " " #num, ITLB::cacheSize, ITLB::lineSize, ITLB::associativity)
fun(itlb_, ITLB, 0); 
fun(itlb_, ITLB, 1); 
fun(itlb_, ITLB, 2); 
fun(itlb_, ITLB, 3);

将扩展到

LOCALVAR ITLB::CACHE itlb_0 ("ITLB" " " "0", ITLB::cacheSize, ITLB::lineSize, ITLB::associativity);
LOCALVAR ITLB::CACHE itlb_1 ("ITLB" " " "1", ITLB::cacheSize, ITLB::lineSize, ITLB::associativity);
LOCALVAR ITLB::CACHE itlb_2 ("ITLB" " " "2", ITLB::cacheSize, ITLB::lineSize, ITLB::associativity);
LOCALVAR ITLB::CACHE itlb_3 ("ITLB" " " "3", ITLB::cacheSize, ITLB::lineSize, ITLB::associativity);

"ITLB" " " "0" 部分等同于 "ITLB 0"

不是那么优雅，也许是丑陋的，但它如你所愿。

Answer 2

生成以序列号结尾的变量名的方法是使用宏。但是，这种方法通常会使您的代码复杂化。使用可以索引的东西更干净，这是我的建议。正如 Peter Cordes 所指出的，当大小在编译时已知且性能至关重要时，固定大小的数组应该是最佳选择。在其他情况下，std::vector 或其他一些集合 class 可能是合适的。

注意：LOCALVAR 似乎扩展为静态。如果您希望将对变量的访问限制在单个源文件中，则必须适当地调整我的示例。

备选方案 1：

C++11，避免预处理器的复杂性，使用 std::vector.

要用固定大小的数组代替 std::vector 并且不进入预处理器，需要 ITLB::CACHE 有一个默认构造函数（目前不是这种情况）并且正确可复制分配（未选中）。

在.h中：

#include <string>
#include <vector>
// other includes

#define CORE_NUM 4

class ItlbCachePool
{
public:
    ItlbCachePool() 
    {
        std::string namePrefix("ITLB ");
        for ( std::size_t i = 0; i < CORE_NUM; ++i )
        {
            pool.emplace_back( 
                namePrefix + std::to_string(i), 
                ITLB::cacheSize, 
                ITLB::lineSize, 
                ITLB::associativity);
        }
    }

    ITLB::CACHE &operator[](std::size_t index)       
    { 
        return pool[index]; 
    }

    const ITLB::CACHE &operator[](std::size_t index) const 
    { 
        return pool[index]; 
    }

private:
    std::vector<ITLB::CACHE> pool;
};

extern ItlbCachePool itlibs;

在 .cpp 中

// ...
ItlbCachePool itlibs;

用法：

const BOOL itlbHit = itlbs[coreIndex].AccessSingleLine(addr, accessType);

您可能希望为此添加边界检查并将其变成单例。您也可以调整它以允许运行时间确定核心数量。

请注意，构造后无法向私有向量添加元素。这可以防止 vector 将任何 pointers/references 重新分配给某些客户端代码可能已创建的 vector 元素并使其无效。

备选方案 2：

生成裸数组，需要 Boost 库来处理预处理器的复杂性：

在.h

#define CORE_NUM 4
extern ITLB::CACHE itlbs[CORE_NUM];

在 .cpp 中

#include <boost/preprocessor/iteration/local.hpp>

// white space required before "(" on next line
#define BOOST_PP_LOCAL_LIMITS     (0, CORE_NUM - 1)
#define BOOST_PP_LOCAL_MACRO(n)   \
    ITLB::CACHE( \
    "ITLB " #n, ITLB::cacheSize, ITLB::lineSize, ITLB::associativity),
ITLB::CACHE itlbs[] = 
    {
#include BOOST_PP_LOCAL_ITERATE()
    };

用法：

const BOOL itlbHit = itlbs[coreIndex].AccessSingleLine(addr, accessType);

Answer 3

是否需要每个 ITLB 对象实际存储 cacheSize、lineSize 等常量？这似乎是一个很大的浪费，除非你模拟异构多核 (big.LITTLE)。

最好进行设置，以便使用这些对象的代码可以看到 ITLB::associativity 常量。

就像 Avi Berger 的回答建议的那样，您应该使用向量或其他东西来保存 ITLB，这样您就可以迭代它们，而不必 copy/paste 代码来使用四个不同名称的变量。

由于您的核心数也是一个编译时常量，您应该使用数组，而不是 std::vector，因此与访问单个变量相比，开销为零。

您可能也不应该在对象中存储 std::string 名称。将它们放在数组中可以让您通过指针数学运算找到它的编号：

#include <iostream>
#include <cstdint>
#define MAX_CORE 4

struct ITLB {
    static const uint32_t page_size = 4*1024;
    static const uint32_t cacheSize = 32 * page_size;
    static const uint32_t associativity = 32;
    static const uint32_t max_sets = cacheSize / (page_size * associativity);

    // probably make this private
    struct { uint64_t from, to; } entries[max_sets][associativity];
    // write a default constructor if you want
};

static ITLB all_itlbs[MAX_CORE];  // or initialize with  = { ... };

void foo(ITLB *itlb) {
    std::cout << "Caller passed the ITLB for core " << itlb - all_itlbs;
    std::cout << "\nIts associativity is " << itlb->associativity << '\n';
}

这让 ITLB 成为 POD 类型，这可能会让编译器在某些情况下生成更好的代码。

使用 static const 成员编写代码可以让您编写类似于 int foo = itlb->associativity; 的代码，并使其成为编译时常量。但是在不改变代码的 users 的情况下， ITLB::page_size 可能是一个非静态成员变量。代码的用户无需更改即可支持异构 ITLB。

您需要注意如何访问 ITLB::entries。如果 associativity 不是编译时常量，它就不能只是一个多维数组。您仍然可以使用固定大小的数组，如果您 "simulate" 多维数组的平面数组索引为 entries[set * associativity + way_within_set].

，则较小的 TLB 会保留其中一些未使用的数组

顺便说一句，这个actually compiles, and as you can see from the asm，itlb - all_itlbs计算只是变成了减法和右移9（因为sizeof(ITLB)是512）。

C ++中的宏自动生成变量

MACROs in C++ to auto-generate a variable

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