实现以下目标最有效的算法是什么:
0010 0000 => 0000 0100
从MSB->LSB转换为LSB->MSB。所有位都必须反转;也就是说，这不是字节交换。
当前回答
当然，玩弄比特的黑客的明显来源是: http://graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html#BitReverseObvious
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好吧，这肯定不会是一个像Matt J的答案，但希望它仍然有用。
size_t reverse(size_t n, unsigned int bytes)
{
__asm__("BSWAP %0" : "=r"(n) : "0"(n));
n >>= ((sizeof(size_t) - bytes) * 8);
n = ((n & 0xaaaaaaaaaaaaaaaa) >> 1) | ((n & 0x5555555555555555) << 1);
n = ((n & 0xcccccccccccccccc) >> 2) | ((n & 0x3333333333333333) << 2);
n = ((n & 0xf0f0f0f0f0f0f0f0) >> 4) | ((n & 0x0f0f0f0f0f0f0f0f) << 4);
return n;
}
这与Matt的最佳算法完全相同，除了有一个叫做BSWAP的小指令，它交换64位数字的字节(而不是位)。所以b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0变成了b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7。由于我们处理的是32位数字，所以需要将字节交换后的数字向下移动32位。这只留给我们交换每个字节的8位的任务，这是完成的，瞧!我们做完了。
计时:在我的机器上，Matt的算法每次试验只需0.52秒。我的每次试验大约耗时0.42秒。我认为快20%还不错。
如果你担心指令BSWAP的可用性，维基百科列出了指令BSWAP是与1989年推出的80846一起添加的。值得注意的是，维基百科还指出，这条指令只适用于32位寄存器，这显然不是我的机器上的情况，它只适用于64位寄存器。
此方法同样适用于任何整型数据类型，因此可以通过传递所需的字节数来简单地推广该方法:
size_t reverse(size_t n, unsigned int bytes)
{
__asm__("BSWAP %0" : "=r"(n) : "0"(n));
n >>= ((sizeof(size_t) - bytes) * 8);
n = ((n & 0xaaaaaaaaaaaaaaaa) >> 1) | ((n & 0x5555555555555555) << 1);
n = ((n & 0xcccccccccccccccc) >> 2) | ((n & 0x3333333333333333) << 2);
n = ((n & 0xf0f0f0f0f0f0f0f0) >> 4) | ((n & 0x0f0f0f0f0f0f0f0f) << 4);
return n;
}
它可以被称为:
n = reverse(n, sizeof(char));//only reverse 8 bits
n = reverse(n, sizeof(short));//reverse 16 bits
n = reverse(n, sizeof(int));//reverse 32 bits
n = reverse(n, sizeof(size_t));//reverse 64 bits
编译器应该能够优化掉额外的形参(假设编译器内联了函数)，对于sizeof(size_t)情况，右移将被完全删除。注意，如果传递sizeof(char)， GCC至少不能删除BSWAP和右移。
我很好奇原始旋转有多快。 在我的机器(i7@2600)上，1,500,150,000次迭代的平均值为27.28 ns(在131,071个64位整数的随机集上)。
优点:占用内存少，代码简单。我想说它也没有那么大。对于任何输入(128个算术SHIFT运算+ 64个逻辑and运算+ 64个逻辑OR运算)，所需的时间都是可预测的常量。
我比较了@Matt J获得的最佳时间，他有公认的答案。如果我没有看错他的答案，他得到的最好结果是0.631739秒，100万次迭代，这导致平均每次旋转631 ns。
我使用的代码片段如下:
unsigned long long reverse_long(unsigned long long x)
{
return (((x >> 0) & 1) << 63) |
(((x >> 1) & 1) << 62) |
(((x >> 2) & 1) << 61) |
(((x >> 3) & 1) << 60) |
(((x >> 4) & 1) << 59) |
(((x >> 5) & 1) << 58) |
(((x >> 6) & 1) << 57) |
(((x >> 7) & 1) << 56) |
(((x >> 8) & 1) << 55) |
(((x >> 9) & 1) << 54) |
(((x >> 10) & 1) << 53) |
(((x >> 11) & 1) << 52) |
(((x >> 12) & 1) << 51) |
(((x >> 13) & 1) << 50) |
(((x >> 14) & 1) << 49) |
(((x >> 15) & 1) << 48) |
(((x >> 16) & 1) << 47) |
(((x >> 17) & 1) << 46) |
(((x >> 18) & 1) << 45) |
(((x >> 19) & 1) << 44) |
(((x >> 20) & 1) << 43) |
(((x >> 21) & 1) << 42) |
(((x >> 22) & 1) << 41) |
(((x >> 23) & 1) << 40) |
(((x >> 24) & 1) << 39) |
(((x >> 25) & 1) << 38) |
(((x >> 26) & 1) << 37) |
(((x >> 27) & 1) << 36) |
(((x >> 28) & 1) << 35) |
(((x >> 29) & 1) << 34) |
(((x >> 30) & 1) << 33) |
(((x >> 31) & 1) << 32) |
(((x >> 32) & 1) << 31) |
(((x >> 33) & 1) << 30) |
(((x >> 34) & 1) << 29) |
(((x >> 35) & 1) << 28) |
(((x >> 36) & 1) << 27) |
(((x >> 37) & 1) << 26) |
(((x >> 38) & 1) << 25) |
(((x >> 39) & 1) << 24) |
(((x >> 40) & 1) << 23) |
(((x >> 41) & 1) << 22) |
(((x >> 42) & 1) << 21) |
(((x >> 43) & 1) << 20) |
(((x >> 44) & 1) << 19) |
(((x >> 45) & 1) << 18) |
(((x >> 46) & 1) << 17) |
(((x >> 47) & 1) << 16) |
(((x >> 48) & 1) << 15) |
(((x >> 49) & 1) << 14) |
(((x >> 50) & 1) << 13) |
(((x >> 51) & 1) << 12) |
(((x >> 52) & 1) << 11) |
(((x >> 53) & 1) << 10) |
(((x >> 54) & 1) << 9) |
(((x >> 55) & 1) << 8) |
(((x >> 56) & 1) << 7) |
(((x >> 57) & 1) << 6) |
(((x >> 58) & 1) << 5) |
(((x >> 59) & 1) << 4) |
(((x >> 60) & 1) << 3) |
(((x >> 61) & 1) << 2) |
(((x >> 62) & 1) << 1) |
(((x >> 63) & 1) << 0);
}
假设你有一个比特数组，怎么样: 1. 从MSB开始，将比特一个一个地推入堆栈。 2. 从这个堆栈弹出位到另一个数组(如果你想节省空间，也可以是同一个数组)，将第一个弹出位放入MSB，然后从那里继续到较低的有效位。
Stack stack = new Stack();
Bit[] bits = new Bit[] { 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0 };
for (int i = 0; i < bits.Length; i++)
{
stack.push(bits[i]);
}
for (int i = 0; i < bits.Length; i++)
{
bits[i] = stack.pop();
}
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;
}
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
