如何在线程安全C库中高效地实现句柄

我有一个相当复杂的C99兼容共享库。它包含大量全局变量和许多短函数，但只有少数函数可供用户直接使用

我想把它重构成一个线程安全的库。为此，我将让用户向每个函数传递一个句柄。句柄将是指向结构的指针，该结构包含以前的全局变量

在这种情况下，性能很重要，我不想破坏它。在实现句柄时，我需要注意什么？例如，一个典型的函数如下所示

void calculate(){
    for (int i=0; i<N; i++){   
        particle[i].x += G * particle[i].y;
        other_function_that_does_something_to_particle();
    }
}

void calculate(struct Handle* h){
    for (int i=0; i<h->N; i++){   
        h->particle[i].x += h->G * h->particle[i].y;
        other_function_that_does_something_to_particle(h);
    }
}

void计算（）{
对于（inti=0；iparticle[i].x+=h->G*h->particle[i].y；
对粒子（h）做某事的其他函数；
}
}

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这看起来效率很低。有更好的方法吗？

传递指针的成本通常很低。它对架构有更大的影响，其中参数通过堆栈传递，而当参数通过寄存器传递时，影响会更小

使用

const

指针（指向const数据的指针）。当数据可以被其他线程修改时，使用

volatile

字段或指针说明符。并使用

restrict

所有类型说明符都有一定的影响。例如，当处理多个引用而不使用

restrict

，编译器可能会被迫重新读取值，即使它已经读取了这些值。等等

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值得一读：

这并不一定慢。在某些体系结构上，它甚至可以更快，因为它们必须将全局变量的地址加载到寄存器中（例如ARM）。只需检查平台的PC和ABI，以确保参数的最佳传递方式，以便在寄存器中传递句柄/上下文指针

我会使

h

本身保持不变，但是：

struct Handle*const h

。这可以防止

h

被意外修改

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如果您可以移动到C11，请查看_Thread_local storage class specifier。这可能是您想要的。但是，如果手动实现可能更有效，则取决于您的系统。

除非由线程共享，否则不需要

volatile

。常量

指针是常量指针，而不是指向常量数据的指针a、 在上面的例子中，本地缓存常量（例如
constdouble\u g=h->g
）有意义吗？@hanno：我会先尝试不缓存。让编译器先进行优化。像gcc这样的现代编译器通常比您更清楚如何处理其目标体系结构。只有在性能不足的情况下，才确定热点并进行操作手动优化。是的，这是有意义的。编译器并不总是能够找出
h->G
与
h->particle[i].x
不同。但是如果它是，那么额外的变量就没有效果。@Olaf如果
h->particle
是指针，那么编译器就无法对其进行优化。如果它是一个成员数组，那么它就会。