/*
** http://graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html#IntegerLog
*/
#define __LOG2A(s) ((s &0xffffffff00000000) ? (32 +__LOG2B(s >>32)): (__LOG2B(s)))
#define __LOG2B(s) ((s &0xffff0000)         ? (16 +__LOG2C(s >>16)): (__LOG2C(s)))
#define __LOG2C(s) ((s &0xff00)             ? (8  +__LOG2D(s >>8)) : (__LOG2D(s)))
#define __LOG2D(s) ((s &0xf0)               ? (4  +__LOG2E(s >>4)) : (__LOG2E(s)))
#define __LOG2E(s) ((s &0xc)                ? (2  +__LOG2F(s >>2)) : (__LOG2F(s)))
#define __LOG2F(s) ((s &0x2)                ? (1)                  : (0))

#define LOG2_UINT64 __LOG2A
#define LOG2_UINT32 __LOG2B
#define LOG2_UINT16 __LOG2C
#define LOG2_UINT8  __LOG2D

static inline uint64_t
next_power_of_2(uint64_t i)
{
#if defined(__GNUC__)
    return 1UL <<(1 +(63 -__builtin_clzl(i -1)));
#else
    i =i -1;
    i =LOG2_UINT64(i);
    return 1UL <<(1 +i);
#endif
}

如果你不想冒险进入未定义行为的领域，输入值必须在1到2^63之间。宏在编译时设置常量也很有用。

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

这是我用来让它成为一个常数表达式的，如果输入是一个常数表达式的话。

#define uptopow2_0(v) ((v) - 1)
#define uptopow2_1(v) (uptopow2_0(v) | uptopow2_0(v) >> 1)
#define uptopow2_2(v) (uptopow2_1(v) | uptopow2_1(v) >> 2)
#define uptopow2_3(v) (uptopow2_2(v) | uptopow2_2(v) >> 4)
#define uptopow2_4(v) (uptopow2_3(v) | uptopow2_3(v) >> 8)
#define uptopow2_5(v) (uptopow2_4(v) | uptopow2_4(v) >> 16)

#define uptopow2(v) (uptopow2_5(v) + 1)  /* this is the one programmer uses */

例如，这样的表达式:

uptopow2(sizeof (struct foo))

会很好地化简为常数。

对于IEEE浮点，你可以这样做。

int next_power_of_two(float a_F){
    int f = *(int*)&a_F;
    int b = f << 9 != 0; // If we're a power of two this is 0, otherwise this is 1

    f >>= 23; // remove factional part of floating point number
    f -= 127; // subtract 127 (the bias) from the exponent

    // adds one to the exponent if were not a power of two, 
    // then raises our new exponent to the power of two again.
    return (1 << (f + b)); 
}

如果你需要一个整数的解决方案，并且你能够使用内联汇编，BSR会在x86上给你一个整数的log2。它计算有多少位是正确的，这正好等于这个数字的log2。其他处理器(通常)有类似的指令，比如CLZ，根据你的编译器，可能有一个内在的可用指令来为你做这项工作。

对于任何unsigned类型，构建在Bit Twiddling Hacks上:

#include <climits>
#include <type_traits>

template <typename UnsignedType>
UnsignedType round_up_to_power_of_2(UnsignedType v) {
  static_assert(std::is_unsigned<UnsignedType>::value, "Only works for unsigned types");
  v--;
  for (size_t i = 1; i < sizeof(v) * CHAR_BIT; i *= 2) //Prefer size_t "Warning comparison between signed and unsigned integer"
  {
    v |= v >> i;
  }
  return ++v;
}

这里并没有真正的循环，因为编译器在编译时知道迭代的次数。

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。