C / c++中用于整数输入的高效微软(例如Visual Studio 2017)特定解决方案。在检查最有效的1位的位置之前，通过递减处理输入完全匹配2的幂值的情况。

inline unsigned int ExpandToPowerOf2(unsigned int Value)
{
    unsigned long Index;
    _BitScanReverse(&Index, Value - 1);
    return (1U << (Index + 1));
}

// - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

#if defined(WIN64) // The _BitScanReverse64 intrinsic is only available for 64 bit builds because it depends on x64

inline unsigned long long ExpandToPowerOf2(unsigned long long Value)
{
    unsigned long Index;
    _BitScanReverse64(&Index, Value - 1);
    return (1ULL << (Index + 1));
}

#endif

这将为英特尔处理器生成5个左右的内联指令，类似如下:

dec eax
bsr rcx, rax
inc ecx
mov eax, 1
shl rax, cl

显然Visual Studio c++编译器并没有针对编译时值进行优化，但这里并没有大量的指令。

编辑:

如果你想让输入值1产生1(2的0次方)，对上面代码的一个小修改仍然会生成没有分支的直通指令。

inline unsigned int ExpandToPowerOf2(unsigned int Value)
{
    unsigned long Index;
    _BitScanReverse(&Index, --Value);
    if (Value == 0)
        Index = (unsigned long) -1;
    return (1U << (Index + 1));
}

生成更多的指令。诀窍在于Index可以被一个测试后跟一个cmove指令所取代。

尽管问题标注为c，我的5分钱。幸运的是，c++ 20将包含std::ceil2和std::floor2(参见这里)。它是consexpr模板函数，目前的GCC实现使用位移位和工作于任何整型无符号类型。

from math import ceil, log2
pot_ceil = lambda N: 0x1 << ceil(log2(N))

测试:

for i in range(10):
    print(i, pot_ceil(i))

输出:

1 1
2 2
3 4
4 4
5 8
6 8
7 8
8 8
9 16
10 16

在标准c++20中，这包含在<bit>中。 答案很简单

#include <bit>
unsigned long upper_power_of_two(unsigned long v)
{
    return std::bit_ceil(v);
}

注意: 我给出的解决方案是针对c++，而不是c，我会给出这个问题的答案，但它是这个问题的副本!

c#中的可移植解决方案:

int GetNextPowerOfTwo(int input) {
    return 1 << (int)Math.Ceiling(Math.Log2(input));
}

Math.Ceiling(Math.Log2(value))计算2的下一个幂的指数，1 <<通过移位计算实值。

更快的解决方案，如果你有。net Core 3或更高版本:

uint GetNextPowerOfTwoFaster(uint input) {
    return (uint)1 << (sizeof(uint) * 8 - System.Numerics.BitOperations.LeadingZeroCount(input - 1));
}

这将使用system . numbers . bitoperations . leadingzerocount()，如果可用，则使用硬件指令:

https://github.com/dotnet/corert/blob/master/src/System.Private.CoreLib/shared/System/Numerics/BitOperations.cs

更新:

RoundUpToPowerOf2()即将在。net 6!内部实现与上面的. net Core 3解决方案基本相同。

这里是社区更新。

在x86中，你可以使用sse4位操作指令来提高速度。

//assume input is in eax
mov    ecx,31      
popcnt edx,eax   //cycle 1
lzcnt  eax,eax   //cycle 2
sub    ecx,eax
mov    eax,1
cmp    edx,1     //cycle 3
jle @done        //cycle 4 - popcnt says its a power of 2, return input unchanged
shl    eax,cl    //cycle 5
@done: rep ret   //cycle 5

在c中，您可以使用匹配的intrinsic。

或者无跳转，通过避免跳转导致的错误预测来加快速度，但通过延长依赖链来减慢速度。计时，看看哪种代码最适合您。

//assume input is in eax
mov    ecx,31
popcnt edx,eax    //cycle 1
lzcnt  eax,eax
sub    ecx,eax
mov    eax,1      //cycle 2
cmp    edx,1
mov    edx,0     //cycle 3 
cmovle ecx,edx   //cycle 4 - ensure eax does not change
shl    eax,cl    
@done: rep ret   //cycle 5