在Ruby中计算一个字节的奇偶校验

Posted 2023-02-23

【中文标题】在Ruby中计算一个字节的奇偶校验

【英文标题】：Calculate the parity of a byte in Ruby

【发布时间】：2011-05-27 18:47:12

【问题描述】：

在 Ruby 中，计算一个字节是奇校验还是偶校验的最佳方法是什么？我有一个可用的版本：

result = "AB".to_i(16).to_s(2).count('1').odd?
=> true

将数字转换为字符串并计算“1”似乎是一种计算奇偶校验的糟糕方法。还有更好的方法吗？

我希望能够计算 3DES 密钥的奇偶性。最终，我想将偶数字节转换为奇数字节。

谢谢， 丹

【参考方案1】：

一个包含 255 个条目的数组的查找表可能是最快的“In Ruby”解决方案。

在 C 中，我会屏蔽和转移。或者，如果我有 SSE4，我会将 POPCNT 指令与内联汇编程序一起使用。如果您需要高性能，请在 C 中编写一个本地扩展来执行上述任一操作。

http://en.wikipedia.org/wiki/SSE4

【参考方案2】：

你看过RubyDES library吗？这可能会消除编写您自己的实现的需要。

要计算奇偶校验，您可以使用以下内容：

require 'rubygems'
require 'inline'  # RubyInline (install with `gem install RubyInline`)

class Fixnum
  # native ruby version: simpler but slow
  # algorithm from: 
  #   http://graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html#ParityParallel      
  def parity_native
    (((self * 0x0101010101010101) & 0x8040201008040201) % 0x1FF) & 1
  end

  class << self
    # inline c version using RubyInline to create c extension
    # 4-5 times faster than native version
    # use as class method: 
    #   Fixnum.parity(0xAB)
    inline :C do |builder|
      builder.c <<-EOC
      int parity_c(int num)   
        return (
            ((num * 0x0101010101010101ULL) & 0x8040201008040201ULL) % 0x1FF
          ) & 1;
      
      EOC
    end
  end

  def parity
    self.class.parity_c(self)
  end

  def parity_odd?
    1 == parity
  end
  def parity_even?
    0 == parity
  end
end

0xAB.parity        # => 1 
0xAB.parity_odd?   # => true 
0xAB.parity_even?  # => false
(0xAB + 1).parity  # => 0

根据简单的基准测试，内联 c 版本比原生 ruby​​ 版本快 3-4 倍

require 'benchmark'
n = 10000
Benchmark.bm do |x|
  x.report("inline c") do
    n.times do 
      (0..255).map|num| num.parity
    end
  end

  x.report("native ruby") do
    n.times do 
      (0..255).map|num| num.parity_native
    end
  end
end
# inline c     1.982326s
# native ruby  7.044330s

【参考方案3】：

x = 'AB'.to_i(16)
p = 0
until x == 0
  p += x & 1
  x = x >> 1
end
puts p # => 5

可以简写为

x = 'AB'.to_i(16)
p = x & 1
p += x & 1 until (x >>= 1) == 0

如果你想要一些不可读的东西☺

【参考方案4】：

除非你所拥有的不够快，否则保持它。简洁明了，性能比你想象的要好。

我们将针对数组查找（我测试过的最快的方法）对所有内容进行基准测试：

ODD_PARITY = [
  false,
  true,
  true,
  ...
  true,
  false,
]

def odd_parity?(hex_string)
  ODD_PARITY[hex_string.to_i(16)]
end

数组查找以每秒 640,000 字节的速率计算奇偶校验。 Bowsersenior 的 C 代码以每秒 640,000 字节的速率计算奇偶校验。 您的代码以每秒 284,000 字节的速率计算奇偶校验。 Bowsersenior 的本机代码以每秒 171,000 字节的速率计算奇偶校验。 Theo 的缩短代码以每秒 128,000 字节的速率计算奇偶校验。

【参考方案5】：

将您的原始解决方案与 memoization 结合使用如何？这只会为每个整数值计算一次。

class Fixnum
  # Using a class variable for simplicity, and because subclasses of
  # Fixnum—while very uncommon—would likely want to share it. 
  @@parity = ::Hash.new |h,i| h[i] = i.to_s(2).count('1').odd? 
  def odd_parity?
    @@parity[self]
  end
  def even_parity?
    !@@parity[self]
  end
end

"AB".to_i(16).odd_parity?
#=> true

【参考方案6】：

我将构建一个包含 16 个条目的表（作为 16 个字符的表），对应于一个字节的每个半字节（一半）。条目是 0,1,1,2,1,2,....4

为了测试你的字节，

掩盖左半字节并进行查找，记住数字。 做。向右移动 4 并进行第二次查找，将结果编号与前一个编号相加以提供总和。

然后从总和中测试低位。如果为 1，则字节为奇数，如果为 0，则字节为偶数。如果结果是偶数，则使用 xor 指令翻转高位。 这种查找方法比通过单次移位将一个字节中的位相加要快得多。

发邮件给我一个简单的函数来做 8 个字节的奇偶校验。 3DES 使用 3 组 8 字节。