代表数字7的8位像这样:
00000111
设置了三个比特。
确定32位整数中设置位数的算法是什么?
当前回答
天真的解决方案
时间复杂度为O(no。n的比特数)
int countSet(unsigned int n)
{
int res=0;
while(n!=0){
res += (n&1);
n >>= 1; // logical right shift, like C unsigned or Java >>>
}
return res;
}
Brian Kerningam的算法
时间复杂度为O(n中设置位的个数)
int countSet(unsigned int n)
{
int res=0;
while(n != 0)
{
n = (n & (n-1));
res++;
}
return res;
}
32位数字的查找表方法-在这种方法中，我们将32位数字分解为4个8位数字的块
时间复杂度为O(1)
static unsigned char table[256]; /* the table size is 256,
the number of values i&0xFF (8 bits) can have */
void initialize() //holds the number of set bits from 0 to 255
{
table[0]=0;
for(unsigned int i=1;i<256;i++)
table[i]=(i&1)+table[i>>1];
}
int countSet(unsigned int n)
{
// 0xff is hexadecimal representation of 8 set bits.
int res=table[n & 0xff];
n=n>>8;
res=res+ table[n & 0xff];
n=n>>8;
res=res+ table[n & 0xff];
n=n>>8;
res=res+ table[n & 0xff];
return res;
}
其他回答
你可以:
while(n){
n = n & (n-1);
count++;
}
这背后的逻辑是n-1位从n的最右边的集合位倒出来。
如果n=6，即110，那么5是101，位从n的最右边的集合位倒出来。
因此，如果我们&这两个，我们将在每次迭代中使最右边的位为0，并且总是到下一个最右边的集位。因此，计数设置位。当每一位都被设置时，最糟糕的时间复杂度将是O(log n)。
天真的解决方案
时间复杂度为O(no。n的比特数)
int countSet(unsigned int n)
{
int res=0;
while(n!=0){
res += (n&1);
n >>= 1; // logical right shift, like C unsigned or Java >>>
}
return res;
}
Brian Kerningam的算法
时间复杂度为O(n中设置位的个数)
int countSet(unsigned int n)
{
int res=0;
while(n != 0)
{
n = (n & (n-1));
res++;
}
return res;
}
32位数字的查找表方法-在这种方法中，我们将32位数字分解为4个8位数字的块
时间复杂度为O(1)
static unsigned char table[256]; /* the table size is 256,
the number of values i&0xFF (8 bits) can have */
void initialize() //holds the number of set bits from 0 to 255
{
table[0]=0;
for(unsigned int i=1;i<256;i++)
table[i]=(i&1)+table[i>>1];
}
int countSet(unsigned int n)
{
// 0xff is hexadecimal representation of 8 set bits.
int res=table[n & 0xff];
n=n>>8;
res=res+ table[n & 0xff];
n=n>>8;
res=res+ table[n & 0xff];
n=n>>8;
res=res+ table[n & 0xff];
return res;
}
有些语言以一种可以使用有效硬件支持(如果可用的话)的方式可移植地公开操作，而有些语言则希望使用一些不错的库。
例如(从语言表中):
c++有std::bitset<>::count()或c++ 20 std::popcount(T x) Java有Java .lang. integer . bitcount()(也用于Long或BigInteger) c#有system . numbers . bitoperations . popcount () Python有int.bit_count()(从3.10开始)
不过，并不是所有的编译器/库都能在HW支持可用时使用它。(值得注意的是MSVC，即使有选项使std::popcount内联为x86 popcnt，它的std::bitset::count仍然总是使用查找表。这有望在未来的版本中改变。)
当可移植语言没有这种基本的位操作时，还要考虑编译器的内置函数。以GNU C为例:
int __builtin_popcount (unsigned int x);
int __builtin_popcountll (unsigned long long x);
In the worst case (no single-instruction HW support) the compiler will generate a call to a function (which in current GCC uses a shift/and bit-hack like this answer, at least for x86). In the best case the compiler will emit a cpu instruction to do the job. (Just like a * or / operator - GCC will use a hardware multiply or divide instruction if available, otherwise will call a libgcc helper function.) Or even better, if the operand is a compile-time constant after inlining, it can do constant-propagation to get a compile-time-constant popcount result.
GCC内置甚至可以跨多个平台工作。Popcount几乎已经成为x86架构的主流，所以现在开始使用内置是有意义的，这样你就可以重新编译，让它内联硬件指令时，你编译-mpopcnt或包括(例如https://godbolt.org/z/Ma5e5a)。其他架构已经有popcount很多年了，但在x86领域，仍然有一些古老的Core 2和类似的老式AMD cpu在使用。
在x86上，你可以告诉编译器它可以通过-mpopcnt(也可以通过-msse4.2暗示)假设支持popcnt指令。参见GCC x86选项。-march=nehalem -mtune=skylake(或-march=任何您希望您的代码假设和调优的CPU)可能是一个不错的选择。在较旧的CPU上运行生成的二进制文件将导致非法指令错误。
要为构建它们的机器优化二进制文件，请使用-march=native(与gcc、clang或ICC一起使用)。
MSVC为x86的popcnt指令提供了一个内在的特性，但与gcc不同的是，它实际上是硬件指令的一个内在特性，需要硬件支持。
使用std::bitset<>::count()代替内置的
理论上，任何知道如何有效地为目标CPU进行popcount的编译器都应该通过ISO c++ std::bitset<>来公开该功能。实际上，对于某些目标cpu，在某些情况下使用bit-hack AND/shift/ADD可能会更好。
For target architectures where hardware popcount is an optional extension (like x86), not all compilers have a std::bitset that takes advantage of it when available. For example, MSVC has no way to enable popcnt support at compile time, and it's std::bitset<>::count always uses a table lookup, even with /Ox /arch:AVX (which implies SSE4.2, which in turn implies the popcnt feature.) (Update: see below; that does get MSVC's C++20 std::popcount to use x86 popcnt, but still not its bitset<>::count. MSVC could fix that by updating their standard library headers to use std::popcount when available.)
但是，至少您得到了可以在任何地方工作的可移植的东西，并且使用带有正确目标选项的gcc/clang，您可以获得支持它的体系结构的硬件popcount。
#include <bitset>
#include <limits>
#include <type_traits>
template<typename T>
//static inline // static if you want to compile with -mpopcnt in one compilation unit but not others
typename std::enable_if<std::is_integral<T>::value, unsigned >::type
popcount(T x)
{
static_assert(std::numeric_limits<T>::radix == 2, "non-binary type");
// sizeof(x)*CHAR_BIT
constexpr int bitwidth = std::numeric_limits<T>::digits + std::numeric_limits<T>::is_signed;
// std::bitset constructor was only unsigned long before C++11. Beware if porting to C++03
static_assert(bitwidth <= std::numeric_limits<unsigned long long>::digits, "arg too wide for std::bitset() constructor");
typedef typename std::make_unsigned<T>::type UT; // probably not needed, bitset width chops after sign-extension
std::bitset<bitwidth> bs( static_cast<UT>(x) );
return bs.count();
}
参见Godbolt编译器资源管理器上gcc、clang、icc和MSVC中的asm。
x86-64 gcc -O3 -std=gnu++11 -mpopcnt输出:
unsigned test_short(short a) { return popcount(a); }
movzx eax, di # note zero-extension, not sign-extension
popcnt rax, rax
ret
unsigned test_int(int a) { return popcount(a); }
mov eax, edi
popcnt rax, rax # unnecessary 64-bit operand size
ret
unsigned test_u64(unsigned long long a) { return popcount(a); }
xor eax, eax # gcc avoids false dependencies for Intel CPUs
popcnt rax, rdi
ret
PowerPC64 gcc -O3 -std=gnu++11发出(对于int arg版本):
rldicl 3,3,0,32 # zero-extend from 32 to 64-bit
popcntd 3,3 # popcount
blr
这个源代码不是x86特定的，也不是gnu特定的，只是在gcc/clang/icc下编译得很好，至少在针对x86(包括x86-64)时是这样。
还要注意，对于没有单指令popcount的体系结构，gcc的回退是逐字节表查找。例如，这对ARM来说就不是什么好事。
c++ 20有std::popcount(T)
不幸的是，当前libstdc++头文件用特殊情况定义了它，if(x==0) return 0;在开始时，clang在编译x86时不会优化:
#include <bit>
int bar(unsigned x) {
return std::popcount(x);
}
clang 11.0.1 -O3 -std=gnu++20 -march=nehalem （https://godbolt.org/z/arMe5a）
# clang 11
bar(unsigned int): # @bar(unsigned int)
popcnt eax, edi
cmove eax, edi # redundant: if popcnt result is 0, return the original 0 instead of the popcnt-generated 0...
ret
但是GCC编译得很好:
# gcc 10
xor eax, eax # break false dependency on Intel SnB-family before Ice Lake.
popcnt eax, edi
ret
即使是MSVC也能很好地使用它，只要你使用-arch:AVX或更高版本(并使用-std:c++latest启用c++ 20)。https://godbolt.org/z/7K4Gef
int bar(unsigned int) PROC ; bar, COMDAT
popcnt eax, ecx
ret 0
int bar(unsigned int) ENDP ; bar
"最佳算法"是什么意思?短码还是长码?您的代码看起来非常优雅，并且具有恒定的执行时间。代码也很短。
但如果速度是主要因素，而不是代码大小，那么我认为以下方法可以更快:
static final int[] BIT_COUNT = { 0, 1, 1, ... 256 values with a bitsize of a byte ... };
static int bitCountOfByte( int value ){
return BIT_COUNT[ value & 0xFF ];
}
static int bitCountOfInt( int value ){
return bitCountOfByte( value )
+ bitCountOfByte( value >> 8 )
+ bitCountOfByte( value >> 16 )
+ bitCountOfByte( value >> 24 );
}
我认为这不会更快的64位值，但32位值可以更快。
另一个汉明权重算法，如果你使用的是BMI2 CPU:
the_weight = __tzcnt_u64(~_pext_u64(data[i], data[i]));
