Redis二进制反转算法分析

Posted 2020-11-29 evenleo

在 redis 源码中 dictScan 算法中用到了用到了非常经典的二进制反转算法，该算法对二进制的反转高效而实用，同时对于理解位运算也有非常大的帮助。先呈现源码：

/* Function to reverse bits. Algorithm from:
 * http://graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html#ReverseParallel */
static unsigned long rev(unsigned long v) {
    unsigned long s = 8 * sizeof(v); // bit size; must be power of 2, 此处为32
    unsigned long mask = ~0;  //11111111111111111111111111111111
    while ((s >>= 1) > 0) {  //循环5次
        mask ^= (mask << s); // 取得想要局部对换的掩码
        // 左移s位并保留低位，右移s位并保留高位，然后两部分或运算
        // 这里是实现移位的精华所在，结合下面打印信息有助于理解
        v = ((v >> s) & mask) | ((v << s) & ~mask);
    }
    return v;
}

源码的总体思路是：用迭代的思想将32位的二进制数先将前16位和后16位对换，然后将前16位二进制数的前8位和后8位对换，后16位类似，再讲前8位的二进制数的前4位和后4位对换。。。最终实现整个二进制的反转。当然这里的实现过程非常巧妙，这也是位运算神秘而神奇的特点，理解这个过程，对于理解计算机的原理都有很大的帮助。

但上面的描述得还是比较抽象，还不足以帮助理解上面的算法实现，下面来对算法的实现过程加一些打印，以便更好的理解算法的实现原理。

#include <iostream>

using namespace std;

// 打印二进制
void printBits(const unsigned long v) {
    unsigned long mask = 1 << 31;
    while ((mask) > 0) {
        int bit = (v & mask) ? 1 : 0;
        cout << bit;
        mask >>= 1;
    }
    cout << endl;
}

static unsigned long rev_test(unsigned long v) {
    unsigned long s = 8 * sizeof(v); // bit size; must be power of 2
    unsigned long mask = ~0;
    cout << "s      : ";
    printBits(s);
    cout << "mask   : ";
    printBits(mask);

    while ((s >>= 1) > 0) {
        cout << endl;
        cout << "s      : ";
        printBits(s);
        cout << "mask   : ";
        printBits(mask);
        cout << "mask<<s: ";
        printBits(mask << s);
        mask ^= (mask << s);
        cout << "mask^= : ";
        printBits(mask);
        v = ((v >> s) & mask) | ((v << s) & ~mask);
        cout << "v      : ";
        printBits(v);
    }

    return v;
}

int main() {
    unsigned long v = 8;
    cout << "v      : ";
    printBits(v);
    cout << endl;
    v = rev_test(v);
    cout << endl;
    cout << "v      : ";
    printBits(v);

    cout << endl << endl << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

 运行上述程序结果如下：