C语言中位反转的高效算法(从MSB->LSB到LSB->MSB)

这不是人类能做的工作!．.．但非常适合做机器

这是2015年，距离第一次提出这个问题已经过去了6年。编译器从此成为我们的主人，而我们作为人类的工作只是帮助它们。那么，把我们的意图传达给机器的最佳方式是什么呢?

位反转是如此普遍，以至于你不得不怀疑为什么x86不断增长的ISA没有包含一次性完成它的指令。

原因是:如果你给编译器一个真正简洁的意图，位反转应该只需要大约20个CPU周期。让我向你展示如何制作reverse()并使用它:

#include <inttypes.h>
#include <stdio.h>

uint64_t reverse(const uint64_t n,
                 const uint64_t k)
{
        uint64_t r, i;
        for (r = 0, i = 0; i < k; ++i)
                r |= ((n >> i) & 1) << (k - i - 1);
        return r;
}

int main()
{
        const uint64_t size = 64;
        uint64_t sum = 0;
        uint64_t a;
        for (a = 0; a < (uint64_t)1 << 30; ++a)
                sum += reverse(a, size);
        printf("%" PRIu64 "\n", sum);
        return 0;
}

使用Clang版本>= 3.6，-O3， -march=native(用Haswell测试)编译这个示例程序，使用新的AVX2指令提供美术质量代码，运行时为11秒处理~ 10亿reverse()秒。这是~10 ns每反向()，0.5 ns CPU周期假设2 GHz，我们将达到甜蜜的20个CPU周期。

对于单个大数组，您可以在访问RAM一次所需的时间内放入10个reverse() ! 你可以在访问L2缓存LUT两次的时间里放入1个reverse()。

注意:这个示例代码应该可以作为一个不错的基准运行几年，但是一旦编译器足够聪明，可以优化main()只输出最终结果，而不是真正计算任何东西，它最终就会开始显得过时了。但目前它只用于展示reverse()。

2015-12-12 06:22:29

我认为下面是我所知道的最简单的方法。MSB是输入，LSB是“反向”输出:

unsigned char rev(char MSB) {
    unsigned char LSB=0;  // for output
    _FOR(i,0,8) {
        LSB= LSB << 1;
        if(MSB&1) LSB = LSB | 1;
        MSB= MSB >> 1;
    }
    return LSB;
}

//    It works by rotating bytes in opposite directions. 
//    Just repeat for each byte.

2014-06-09 17:35:01

实现低内存和最快。

private Byte  BitReverse(Byte bData)
    {
        Byte[] lookup = { 0, 8,  4, 12, 
                          2, 10, 6, 14 , 
                          1, 9,  5, 13,
                          3, 11, 7, 15 };
        Byte ret_val = (Byte)(((lookup[(bData & 0x0F)]) << 4) + lookup[((bData & 0xF0) >> 4)]);
        return ret_val;
    }

2009-10-30 08:38:11

高效意味着吞吐量或延迟。

从头到尾，看看安德斯·塞德罗尼厄斯的回答，很好。

为了降低延迟，我推荐以下代码:

uint32_t reverseBits( uint32_t x )
{
#if defined(__arm__) || defined(__aarch64__)
    __asm__( "rbit %0, %1" : "=r" ( x ) : "r" ( x ) );
    return x;
#endif
    // Flip pairwise
    x = ( ( x & 0x55555555 ) << 1 ) | ( ( x & 0xAAAAAAAA ) >> 1 );
    // Flip pairs
    x = ( ( x & 0x33333333 ) << 2 ) | ( ( x & 0xCCCCCCCC ) >> 2 );
    // Flip nibbles
    x = ( ( x & 0x0F0F0F0F ) << 4 ) | ( ( x & 0xF0F0F0F0 ) >> 4 );

    // Flip bytes. CPUs have an instruction for that, pretty fast one.
#ifdef _MSC_VER
    return _byteswap_ulong( x );
#elif defined(__INTEL_COMPILER)
    return (uint32_t)_bswap( (int)x );
#else
    // Assuming gcc or clang
    return __builtin_bswap32( x );
#endif
}

编译器输出:https://godbolt.org/z/5ehd89

2020-09-26 16:51:16

我认为这是最简单的逆转比特的方法之一。如果这个逻辑有什么缺陷，请让我知道。基本上在这个逻辑中，我们检查位置的位的值。如果值为1，则在反转位置上设置位。

void bit_reverse(ui32 *data)
{
  ui32 temp = 0;    
  ui32 i, bit_len;    
  {    
   for(i = 0, bit_len = 31; i <= bit_len; i++)   
   {    
    temp |= (*data & 1 << i)? (1 << bit_len-i) : 0;    
   }    
   *data = temp;    
  }    
  return;    
}

2015-12-18 16:02:47