Branch data Line data Source code
1 : : /*-------------------------------------------------------------------------
2 : : *
3 : : * pg_bitutils.h
4 : : * Miscellaneous functions for bit-wise operations.
5 : : *
6 : : *
7 : : * Copyright (c) 2019-2026, 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
41 : 813059046 : pg_leftmost_one_pos32(uint32 word)
42 : : {
43 : : #ifdef HAVE__BUILTIN_CLZ
44 : : Assert(word != 0);
45 : :
46 : 813059046 : 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
72 : 23241843 : pg_leftmost_one_pos64(uint64 word)
73 : : {
74 : : #ifdef HAVE__BUILTIN_CLZ
75 : : Assert(word != 0);
76 : :
77 : : #if SIZEOF_LONG == 8
78 : 23241843 : return 63 - __builtin_clzl(word);
79 : : #elif SIZEOF_LONG_LONG == 8
80 : : return 63 - __builtin_clzll(word);
81 : : #else
82 : : #error "cannot find integer type of the same size as uint64_t"
83 : : #endif
84 : :
85 : : #elif defined(_MSC_VER) && (defined(__x86_64__) || defined(__aarch64__))
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
111 : 138474052 : pg_rightmost_one_pos32(uint32 word)
112 : : {
113 : : #ifdef HAVE__BUILTIN_CTZ
114 : : Assert(word != 0);
115 : :
116 : 138474052 : 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
145 : 16446415 : pg_rightmost_one_pos64(uint64 word)
146 : : {
147 : : #ifdef HAVE__BUILTIN_CTZ
148 : : Assert(word != 0);
149 : :
150 : : #if SIZEOF_LONG == 8
151 : 16446415 : return __builtin_ctzl(word);
152 : : #elif SIZEOF_LONG_LONG == 8
153 : : return __builtin_ctzll(word);
154 : : #else
155 : : #error "cannot find integer type of the same size as uint64_t"
156 : : #endif
157 : :
158 : : #elif defined(_MSC_VER) && (defined(__x86_64__) || defined(__aarch64__))
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
189 : 89288120 : pg_nextpower2_32(uint32 num)
190 : : {
191 : : 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 [ + + ]: 89288120 : if ((num & (num - 1)) == 0)
199 : 84858597 : return num; /* already power 2 */
200 : :
201 : 4429523 : 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 : 454294 : pg_nextpower2_64(uint64 num)
213 : : {
214 : : 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 [ + + ]: 454294 : if ((num & (num - 1)) == 0)
222 : 231087 : return num; /* already power 2 */
223 : :
224 : 223207 : 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
235 : 24 : pg_prevpower2_32(uint32 num)
236 : : {
237 : 24 : 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 : 649347 : pg_prevpower2_64(uint64 num)
249 : : {
250 : 649347 : 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
258 : 516457 : pg_ceil_log2_32(uint32 num)
259 : : {
260 [ + + ]: 516457 : if (num < 2)
261 : 43 : return 0;
262 : : else
263 : 516414 : 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 : 880642 : pg_ceil_log2_64(uint64 num)
272 : : {
273 [ + + ]: 880642 : if (num < 2)
274 : 404278 : return 0;
275 : : else
276 : 476364 : return pg_leftmost_one_pos64(num - 1) + 1;
277 : : }
278 : :
279 : : extern uint64 pg_popcount_portable(const char *buf, int bytes);
280 : : extern uint64 pg_popcount_masked_portable(const char *buf, int bytes, uint8 mask);
281 : :
282 : : #if defined(HAVE_X86_64_POPCNTQ) || defined(USE_SVE_POPCNT_WITH_RUNTIME_CHECK)
283 : : /*
284 : : * Attempt to use specialized CPU instructions, but perform a runtime check
285 : : * first.
286 : : */
287 : : extern PGDLLIMPORT uint64 (*pg_popcount_optimized) (const char *buf, int bytes);
288 : : extern PGDLLIMPORT uint64 (*pg_popcount_masked_optimized) (const char *buf, int bytes, uint8 mask);
289 : :
290 : : #else
291 : : /* Use a portable implementation -- no need for a function pointer. */
292 : : extern uint64 pg_popcount_optimized(const char *buf, int bytes);
293 : : extern uint64 pg_popcount_masked_optimized(const char *buf, int bytes, uint8 mask);
294 : :
295 : : #endif
296 : :
297 : : /*
298 : : * pg_popcount32
299 : : * Return the number of 1 bits set in word
300 : : *
301 : : * Adapted from
302 : : * https://graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html#CountBitsSetParallel.
303 : : *
304 : : * Note that newer versions of popular compilers will automatically replace
305 : : * this with a special popcount instruction if possible, so we don't bother
306 : : * using builtin functions or intrinsics.
307 : : */
308 : : static inline int
309 : : pg_popcount32(uint32 word)
310 : : {
311 : : word -= (word >> 1) & 0x55555555;
312 : : word = (word & 0x33333333) + ((word >> 2) & 0x33333333);
313 : : return (((word + (word >> 4)) & 0xf0f0f0f) * 0x1010101) >> 24;
314 : : }
315 : :
316 : : /*
317 : : * pg_popcount64
318 : : * Return the number of 1 bits set in word
319 : : *
320 : : * Adapted from
321 : : * https://graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html#CountBitsSetParallel.
322 : : *
323 : : * Note that newer versions of popular compilers will automatically replace
324 : : * this with a special popcount instruction if possible, so we don't bother
325 : : * using builtin functions or intrinsics.
326 : : */
327 : : static inline int
328 : 1302370 : pg_popcount64(uint64 word)
329 : : {
330 : 1302370 : word -= (word >> 1) & UINT64CONST(0x5555555555555555);
331 : 1302370 : word = (word & UINT64CONST(0x3333333333333333)) +
332 : 1302370 : ((word >> 2) & UINT64CONST(0x3333333333333333));
333 : 1302370 : word = (word + (word >> 4)) & UINT64CONST(0xf0f0f0f0f0f0f0f);
334 : 1302370 : return (word * UINT64CONST(0x101010101010101)) >> 56;
335 : : }
336 : :
337 : : /*
338 : : * Returns the number of 1-bits in buf.
339 : : *
340 : : * If there aren't many bytes to process, the function call overhead of the
341 : : * optimized versions isn't worth taking, so we inline a loop that consults
342 : : * pg_number_of_ones in that case. If there are many bytes to process, we
343 : : * accept the function call overhead because the optimized versions are likely
344 : : * to be faster.
345 : : */
346 : : static inline uint64
347 : 11934 : pg_popcount(const char *buf, int bytes)
348 : : {
349 : : /*
350 : : * We set the threshold to the point at which we'll first use special
351 : : * instructions in the optimized version.
352 : : */
353 [ + + ]: 11934 : if (bytes < 8)
354 : : {
355 : 11520 : uint64 popcnt = 0;
356 : :
357 [ + + ]: 18670 : while (bytes--)
358 : 7150 : popcnt += pg_number_of_ones[(unsigned char) *buf++];
359 : 11520 : return popcnt;
360 : : }
361 : :
362 : 414 : return pg_popcount_optimized(buf, bytes);
363 : : }
364 : :
365 : : /*
366 : : * Returns the number of 1-bits in buf after applying the mask to each byte.
367 : : *
368 : : * Similar to pg_popcount(), we only take on the function pointer overhead when
369 : : * it's likely to be faster.
370 : : */
371 : : static inline uint64
372 : 104462 : pg_popcount_masked(const char *buf, int bytes, uint8 mask)
373 : : {
374 : : /*
375 : : * We set the threshold to the point at which we'll first use special
376 : : * instructions in the optimized version.
377 : : */
378 [ - + ]: 104462 : if (bytes < 8)
379 : : {
380 : 0 : uint64 popcnt = 0;
381 : :
382 [ # # ]: 0 : while (bytes--)
383 : 0 : popcnt += pg_number_of_ones[(unsigned char) *buf++ & mask];
384 : 0 : return popcnt;
385 : : }
386 : :
387 : 104462 : return pg_popcount_masked_optimized(buf, bytes, mask);
388 : : }
389 : :
390 : : /*
391 : : * Rotate the bits of "word" to the right/left by n bits.
392 : : */
393 : : static inline uint32
394 : 10281076 : pg_rotate_right32(uint32 word, int n)
395 : : {
396 : 10281076 : return (word >> n) | (word << (32 - n));
397 : : }
398 : :
399 : : static inline uint32
400 : 3667353500 : pg_rotate_left32(uint32 word, int n)
401 : : {
402 : 3667353500 : return (word << n) | (word >> (32 - n));
403 : : }
404 : :
405 : : /* size_t variants of the above, as required */
406 : :
407 : : #if SIZEOF_SIZE_T == 4
408 : : #define pg_leftmost_one_pos_size_t pg_leftmost_one_pos32
409 : : #define pg_nextpower2_size_t pg_nextpower2_32
410 : : #define pg_prevpower2_size_t pg_prevpower2_32
411 : : #else
412 : : #define pg_leftmost_one_pos_size_t pg_leftmost_one_pos64
413 : : #define pg_nextpower2_size_t pg_nextpower2_64
414 : : #define pg_prevpower2_size_t pg_prevpower2_64
415 : : #endif
416 : :
417 : : #endif /* PG_BITUTILS_H */
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