简化 C 中的二进制和异或

Posted 2023-02-21

【中文标题】简化 C 中的二进制和异或

【英文标题】：Simplify binary and and xor in C

【发布时间】：2021-04-22 19:06:37

【问题描述】：

有没有办法简化C中的以下表达式？

result = (constant & value) ^ value;

用例是：

#define ALL_SENSORS = (BIT(0) + BIT(1) + BIT(2) + BIT(19))  # = 524295

static int get_invalid_sensors(int sensor_mask) 
    return (ALL_SENSORS & sensor_mask) ^ sensor_mask;

是否可以将二进制操作简化为一个，所以我不需要调用sensor_mask两次？

【问题讨论】：

编译器擅长常量折叠，所有的编译时常量表达式都可以由编译器自己计算，只有结果会出现在生成的代码中。编译器还可以生成重用先前计算结果的代码，特别是如果它可以推断它不会在两者之间发生变化（常量永远不会）。因此，请在启用优化的情况下进行构建，并查看生成的代码。我相信它会尽可能地达到最佳状态。

@Someprogrammerdude：sensor_mask 是一个变量，所以您所说的某些内容并不完全正确！我能想到的只有'ALL_SENSORS & (~sensor_mask)'

作为优化的一般规则：你几乎不值得做这样的低级微优化。编译器几乎总是会做得更好。更不用说手写的优化往往晦涩难懂，难以阅读、理解和维护。如果您遇到性能问题，请分析优化的构建，并专注于最重要的两个（或者可能是三个）瓶颈。

ALL_SENSORS 是常量吗？例如，BIT(x) 只是 (1 << (x))，而不是像函数调用或包含 sensor_mask 的宏这样的奇怪东西？

使用int 进行按位运算几乎肯定是错误的，因此您可能想用uint32_t 等替换它。

【参考方案1】：

(~ALL_SENSORS & sensor_mask)怎么样？

【讨论】：

这不太一样！如果 ALL_SENSORS 是 0x0f 并且 sensor_mask 是 0x08 那么这将返回 0 而不是 0x07！

@Skizz (0x0f & 0x08) ^ 0x08 为 0。

哎呀，脑放屁时刻！那么它不总是0吗？

@Skizz 或者在真值表中，((0 & 0) ^ 0) == 0、((0 & 1) ^ 1) == 1、((1 & 0) ^ 0) == 0、((1 & 1) ^ 1) == 0。与(~0 & 0) == 0、(~0 & 1) == 1、(~1 & 0) == 0、(~1 & 1) == 0 进行比较。它们是一样的。

@Skizz 不，它并不总是 0。例如如果sensor_mask 是 54321，那么结果就是 54320。

【参考方案2】：

如果你把这个（或至少类似的）代码放入here。然后你可以看到优化的代码，例如 RISC-V 是

get_invalid_sensors: # @get_invalid_sensors
  not a0, a0
  and a0, a0, a1
  ret

从这里你可以意识到(~ALL_SENSORS & sensor_mask) 已经足够了。但您也可以意识到编译器很可能无论如何都能够优化您的代码。

【参考方案3】：

表达式(ALL_SENSORS & sensor_mask) ^ sensor_mask 的目标是屏蔽sensor_mask 中不在ALL_SENSORS 中的所有位。您也可以通过~ALL_SENSORS & sensor_mask 进行此操作。