另一个基于循环的解决方案，在数量较低时快速退出(在c++中用于多种类型)

template<class T>
T reverse_bits(T in) {
    T bit = static_cast<T>(1) << (sizeof(T) * 8 - 1);
    T out;

    for (out = 0; bit && in; bit >>= 1, in >>= 1) {
        if (in & 1) {
            out |= bit;
        }
    }
    return out;
}

或者C语言中unsigned int

unsigned int reverse_bits(unsigned int in) {
    unsigned int bit = 1u << (sizeof(T) * 8 - 1);
    unsigned int out;

    for (out = 0; bit && in; bit >>= 1, in >>= 1) {
        if (in & 1)
            out |= bit;
    }
    return out;
}

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()。

这个线程引起了我的注意，因为它处理了一个简单的问题，即使对于现代CPU也需要大量的工作(CPU周期)。有一天我也站在那里，有同样的¤#%“#”问题。我得翻几百万字节。然而，我知道我所有的目标系统都是基于现代英特尔的，所以让我们开始优化到极致!!

所以我使用了Matt J的查找代码作为基础。我正在基准测试的系统是i7 haswell 4700eq。

Matt J的查找位翻转400亿字节:大约0.272秒。

然后我继续尝试，看看英特尔的ISPC编译器是否可以向量化反向的算术。c。

我不打算在这里用我的发现来烦你，因为我尝试了很多来帮助编译器找到东西，无论如何，我最终得到了大约0.15秒的性能来bitflip 400亿字节。这是一个伟大的减少，但对于我的应用程序，这仍然是方式方式太慢。

所以人们让我展示世界上最快的基于英特尔的bitflipper。定时:

时间到bitflip 400000000字节:0.050082秒!!!!!

// Bitflip using AVX2 - The fastest Intel based bitflip in the world!!
// Made by Anders Cedronius 2014 (anders.cedronius (you know what) gmail.com)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <omp.h>

using namespace std;

#define DISPLAY_HEIGHT  4
#define DISPLAY_WIDTH   32
#define NUM_DATA_BYTES  400000000

// Constants (first we got the mask, then the high order nibble look up table and last we got the low order nibble lookup table)
__attribute__ ((aligned(32))) static unsigned char k1[32*3]={
        0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,
        0x00,0x08,0x04,0x0c,0x02,0x0a,0x06,0x0e,0x01,0x09,0x05,0x0d,0x03,0x0b,0x07,0x0f,0x00,0x08,0x04,0x0c,0x02,0x0a,0x06,0x0e,0x01,0x09,0x05,0x0d,0x03,0x0b,0x07,0x0f,
        0x00,0x80,0x40,0xc0,0x20,0xa0,0x60,0xe0,0x10,0x90,0x50,0xd0,0x30,0xb0,0x70,0xf0,0x00,0x80,0x40,0xc0,0x20,0xa0,0x60,0xe0,0x10,0x90,0x50,0xd0,0x30,0xb0,0x70,0xf0
};

// The data to be bitflipped (+32 to avoid the quantization out of memory problem)
__attribute__ ((aligned(32))) static unsigned char data[NUM_DATA_BYTES+32]={};

extern "C" {
void bitflipbyte(unsigned char[],unsigned int,unsigned char[]);
}

int main()
{

    for(unsigned int i = 0; i < NUM_DATA_BYTES; i++)
    {
        data[i] = rand();
    }

    printf ("\r\nData in(start):\r\n");
    for (unsigned int j = 0; j < 4; j++)
    {
        for (unsigned int i = 0; i < DISPLAY_WIDTH; i++)
        {
            printf ("0x%02x,",data[i+(j*DISPLAY_WIDTH)]);
        }
        printf ("\r\n");
    }

    printf ("\r\nNumber of 32-byte chunks to convert: %d\r\n",(unsigned int)ceil(NUM_DATA_BYTES/32.0));

    double start_time = omp_get_wtime();
    bitflipbyte(data,(unsigned int)ceil(NUM_DATA_BYTES/32.0),k1);
    double end_time = omp_get_wtime();

    printf ("\r\nData out:\r\n");
    for (unsigned int j = 0; j < 4; j++)
    {
        for (unsigned int i = 0; i < DISPLAY_WIDTH; i++)
        {
            printf ("0x%02x,",data[i+(j*DISPLAY_WIDTH)]);
        }
        printf ("\r\n");
    }
    printf("\r\n\r\nTime to bitflip %d bytes: %f seconds\r\n\r\n",NUM_DATA_BYTES, end_time-start_time);

    // return with no errors
    return 0;
}

printf是用来调试的。

这是主要的工作:

bits 64
global bitflipbyte

bitflipbyte:    
        vmovdqa     ymm2, [rdx]
        add         rdx, 20h
        vmovdqa     ymm3, [rdx]
        add         rdx, 20h
        vmovdqa     ymm4, [rdx]
bitflipp_loop:
        vmovdqa     ymm0, [rdi] 
        vpand       ymm1, ymm2, ymm0 
        vpandn      ymm0, ymm2, ymm0 
        vpsrld      ymm0, ymm0, 4h 
        vpshufb     ymm1, ymm4, ymm1 
        vpshufb     ymm0, ymm3, ymm0         
        vpor        ymm0, ymm0, ymm1
        vmovdqa     [rdi], ymm0
        add     rdi, 20h
        dec     rsi
        jnz     bitflipp_loop
        ret

代码占用32个字节，然后屏蔽掉蚕食。高啃角右移了4。然后使用vpshufb和ymm4 / ymm3作为查找表。我可以使用一个单独的查找表，但我将不得不在ORing再次一起啃啃之前向左移动。

还有更快的翻转比特的方法。但我被绑定到单线程和CPU，所以这是我能实现的最快速度。你能做一个快一点的版本吗?

关于使用Intel C/ c++编译器内在等效命令，请不要发表任何评论…

您可能希望使用标准模板库。它可能比上面提到的代码慢。然而，在我看来，这似乎更清楚，更容易理解。

 #include<bitset>
 #include<iostream>


 template<size_t N>
 const std::bitset<N> reverse(const std::bitset<N>& ordered)
 {
      std::bitset<N> reversed;
      for(size_t i = 0, j = N - 1; i < N; ++i, --j)
           reversed[j] = ordered[i];
      return reversed;
 };


 // test the function
 int main()
 {
      unsigned long num; 
      const size_t N = sizeof(num)*8;

      std::cin >> num;
      std::cout << std::showbase << std::hex;
      std::cout << "ordered  = " << num << std::endl;
      std::cout << "reversed = " << reverse<N>(num).to_ulong()  << std::endl;
      std::cout << "double_reversed = " << reverse<N>(reverse<N>(num)).to_ulong() << std::endl;  
 }

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;    
}    

对于喜欢递归的人来说，这是另一个解决方案。

这个想法很简单。 将输入除以一半并交换两部分，继续直到达到单个位。

Illustrated in the example below.

Ex : If Input is 00101010   ==> Expected output is 01010100

1. Divide the input into 2 halves 
    0010 --- 1010

2. Swap the 2 Halves
    1010     0010

3. Repeat the same for each half.
    10 -- 10 ---  00 -- 10
    10    10      10    00

    1-0 -- 1-0 --- 1-0 -- 0-0
    0 1    0 1     0 1    0 0

Done! Output is 01010100

这里有一个递归函数来求解。(注意，我使用了unsigned int，所以它可以用于sizeof(unsigned int)*8位的输入。

递归函数有两个参数-需要位的值 要反转的值和值中的比特数。

int reverse_bits_recursive(unsigned int num, unsigned int numBits)
{
    unsigned int reversedNum;;
    unsigned int mask = 0;

    mask = (0x1 << (numBits/2)) - 1;

    if (numBits == 1) return num;
    reversedNum = reverse_bits_recursive(num >> numBits/2, numBits/2) |
                   reverse_bits_recursive((num & mask), numBits/2) << numBits/2;
    return reversedNum;
}

int main()
{
    unsigned int reversedNum;
    unsigned int num;

    num = 0x55;
    reversedNum = reverse_bits_recursive(num, 8);
    printf ("Bit Reversal Input = 0x%x Output = 0x%x\n", num, reversedNum);

    num = 0xabcd;
    reversedNum = reverse_bits_recursive(num, 16);
    printf ("Bit Reversal Input = 0x%x Output = 0x%x\n", num, reversedNum);

    num = 0x123456;
    reversedNum = reverse_bits_recursive(num, 24);
    printf ("Bit Reversal Input = 0x%x Output = 0x%x\n", num, reversedNum);

    num = 0x11223344;
    reversedNum = reverse_bits_recursive(num,32);
    printf ("Bit Reversal Input = 0x%x Output = 0x%x\n", num, reversedNum);
}

输出如下:

Bit Reversal Input = 0x55 Output = 0xaa
Bit Reversal Input = 0xabcd Output = 0xb3d5
Bit Reversal Input = 0x123456 Output = 0x651690
Bit Reversal Input = 0x11223344 Output = 0x22cc4488