有效地从 32 位数据类型中删除 2 位

Posted 2023-02-16

【中文标题】有效地从 32 位数据类型中删除 2 位

【英文标题】：Efficiently dropping 2 bits from a 32bit data type

【发布时间】：2018-12-21 08:08:02

【问题描述】：

假设你有一个 32 位的数据类型：

// The letters are just to identify the position of each bit later in the post
abcdefgh ijklmnop qrstuvwx yzABCDEF

我正在记录在某些位置“丢弃”位的最有效方法，其中丢弃意味着“删除”给定位，并移动以下位以填充其位置。

示例：假设我想删除位“a”和“q”。那么结果应该是这样的：

bcdefghi jklmnopr stuvwxyz ABCDEF00

或

00bcdefg hijklmno prstuvwx yzABCDEF

任何一个结果都可以接受。

在我的具体情况下，我还可以施加以下约束：

在我的情况下，要删除的位置是静态的；也就是说，我总是需要准确地删除第 1 位和第 16 位（“a”和“q”） 要删除的位（“a”和“q”）始终为 0 最终填充数据的位（操作后向左或向右的“00”）无关紧要 - 即，它们实际上是 0 还是 1 无关紧要

目前我正在使用这样的方法（伪代码）：

// called with number = abcdefgh ijklmnop qrstuvwx yzABCDEF
auto drop_bits_1_16(unsigned int number)

    number = number << 1; // number becomes: bcdefghi jklmnopq rstuvwxy zABCDEF0
    unsigned number1 = number & 0xFFFE0000;  // number1 comes: bcdefghi jklmnop0 00000000 00000000

    unsigned number2 = number & 0x0000FFFF; // number2 becomes: 00000000 00000000 rstuvwxy zABCDEF0
    number2 = number2 << 1;  // number2 becomes: 00000000 0000000r stuvwxyz ABCDEF00

    return number1 | number2;  // returns bcdefghi jklmnopr stuvwxyz ABCDEF00

但我想知道是否还有更聪明/更有效的方法？

【问题讨论】：

如果有一个聪明的“位黑客”，它很有可能出现在Sean E. Anderson的编译中。

如果你能忍受两边都是零，number + (unsigned short)number ;-)

实际上，您将删除第 1 位和第 17 位，或 0 和 16 位，具体取决于您是基于 0 还是基于 1。

【参考方案1】：

向右打包比向左打包稍微容易一些，因为只需移动 15 位，而不是 15 的两倍。我不知道如何取消屏蔽，所以

((number & 0x7FFF0000) >> 1) | (number & 0x00007FFF)

这不需要丢弃的位为零。有四种按位运算，越少就越难。

---

三个操作都有办法！

将 15 个低位相加，将它们左移一位（乘以 2），然后将整体右移。

(number + (number & 0x7FFF)) >> 1

注意：第 15 位必须为零。

也许下面的表达式会给编译器一些更好的代码生成选项：

(number + (unsigned short)number) >> 1

我应该补充一下，其他最终布局也是可能的吗？

(number + (unsigned short)number) << 1

【讨论】：

对不起，我不明白这是怎么回事。即使您将0xFFFF 替换为0xFFFF0000。请参阅我的答案的第二个 sn-p。

好吧，我不得不说，我对最后一个表达印象深刻。显然，它将汇编指令的数量从 5 减少到 3。但不确定它有多快，因为指令不同。也不是很可读，但无论如何。不错。

很好，这是一个非常聪明的解决方案.. 谢谢@YvesDaoust

【参考方案2】：

我想出了这个通用的解决方案。据我所知，需要有 3 个部分。

删除位 3 和 20 说。 （从零开始）

3
1            v                     v  0
hhhh hhhh hhhx mmmm mmmm mmmm mmmm xlll

您需要掩盖低点。中高部分，然后将它们挤压在一起。

template <size_t low, size_t hi> unsigned int remove_bits(unsigned int all)

    // static constants - my compiler pre-computes them.  They are the masks for
    // hhhh, mmmm and llll
    static const unsigned int lowMask = 0x7fffffff >> (31 - low);
    static const unsigned int middleMask = ((0xfffffffe << low) & (0x7fffffff >> (31 - hi) ));
    static const unsigned int highMask = 0xfffffffe << hi;

    // find the values in hhhh, mmmm, and llll
    unsigned int resLow = (all & lowMask);
    unsigned int resMiddle = (all & middleMask);
    unsigned int resHigh = (all & highMask);

    //////////////////////////////////////
    // combine the parts, shifted to the lower end.

    return resLow | resMiddle >> 1 | resHigh >> 2;
 

使用类似的方式调用

printf("Question q %x\n", remove_bits<1, 31>(0x12345678));

【参考方案3】：

你也可以换一种方式：

auto drop_bits_1_16(unsigned int number)

    unsigned number1 = number & 0x7FFF0000; // number1 becomes: 0bcdefgh ijklmnop 00000000 00000000
    unsigned number2 = number & 0x00007FFF; // number2 becomes: 00000000 00000000 0rstuvwx yzABCDEF
    number1 = number1 >> 1; // number1 becomes: 00bcdefg hijklmno p0000000 00000000

    return number1 | number2;  // returns 00bcdefg hijklmno prstuvwx yzABCDEF

这更短，并且具有更易读的优点：很清楚从位掩码中删除了哪些位。

您也可以将其设为单线：

auto drop_bits_1_16(unsigned int number)

    return ((number & 0x7FFF0000) >> 1) | (number & 0x00007FFF);
    // Or, relying on operator precedence:
    // return (number & 0x7FFF0000) >> 1 | number & 0x00007FFF;

这可以说比你的解决方案变成单线更清楚：

auto drop_bits_1_16(unsigned int number)

    return ((number << 1) & 0xFFFE0000) | (((number << 1) & 0x0000FFFF) << 1);
    // Or, relying on operator precedence:
    // return number << 1 & 0xFFFE0000 | (number << 1 & 0x0000FFFF) << 1;

或者，正如@greybeard 所建议的（但仍然可以说不太清楚）：

auto drop_bits_1_16(unsigned int number)

    return ((number << 1) & 0xFFFE0000) | ((number << 2) & 0x0001FFFC);
    // Or, relying on operator precedence:
    // return number << 1 & 0xFFFE0000 | number << 2 & 0x0001FFFC;

【讨论】：

（原码return ((number << 1) & 0xFFFE0000) | ((number << 2) & 0x0001FFFC);可以单行。）

@ruakh 是的，我想我的想法在那里跳过了一步。谢谢

【参考方案4】：

我认为没有什么比指定的实现更简单了：

unsigned int drop_bits_16_32(unsigned int number)

    number <<= 1;
    unsigned int high = number & 0xFFFE0000;
    unsigned int low = (number & 0x0000FFFF) << 1;

    return high | low;

【讨论】：

那为什么还要重复呢？

是的，有更简单的，你可以省去两个操作。

【参考方案5】：

您可以使用 4 条指令而不是 5 条指令来实现将位放在左侧的版本：

unsigned f1(unsigned x) 
    x <<= 1;
    return x + ((signed) (x << 15) >> 15);

注意带符号的右移，它复制要删除的位，以便在添加中抵消。

【讨论】：

已经有四个甚至三个指令的解决方案（甚至是“两个半”）。

据我所知，不适用于将位丢到左边的版本。

不，两者都适用。阅读整篇文章。

没错，我错过了要删除的位始终为 0 的额外信息。此解决方案独立于该条件工作。