我想写一个函数，返回最接近的2的次幂数。例如，如果我的输入是789，输出应该是1024。有没有办法不使用任何循环，而只是使用一些位运算符?
当前回答
g++编译器提供了一个内置函数__builtin_clz，用于计算前导零:
所以我们可以这样做:
int nextPowerOfTwo(unsigned int x) {
return 1 << sizeof(x)*8 - __builtin_clz(x);
}
int main () {
std::cout << nextPowerOfTwo(7) << std::endl;
std::cout << nextPowerOfTwo(31) << std::endl;
std::cout << nextPowerOfTwo(33) << std::endl;
std::cout << nextPowerOfTwo(8) << std::endl;
std::cout << nextPowerOfTwo(91) << std::endl;
return 0;
}
结果:
8
32
64
16
128
但请注意，对于x == 0， __builtin_clz return是未定义的。
其他回答
如果您正在使用GCC，您可能想要看看Lockless Inc.优化next_pow2()函数。本页描述了一种使用内置函数builtin_clz()(计数前导零)的方法，然后直接使用x86 (ia32)汇编指令bsr(位扫描反向)，就像它在另一个答案的游戏开发站点链接中所描述的那样。此代码可能比前面的回答中描述的更快。
顺便说一下，如果你不打算使用汇编指令和64位数据类型，你可以使用这个
/**
* return the smallest power of two value
* greater than x
*
* Input range: [2..2147483648]
* Output range: [2..2147483648]
*
*/
__attribute__ ((const))
static inline uint32_t p2(uint32_t x)
{
#if 0
assert(x > 1);
assert(x <= ((UINT32_MAX/2) + 1));
#endif
return 1 << (32 - __builtin_clz (x - 1));
}
试图为这个问题找到一个“终极”解决方案。下面的代码
针对的是C语言(不是c++)， 使用编译器内置生成有效的代码(CLZ或BSR指令)，如果编译器支持任何， 是便携式的(标准C和没有汇编)，除了内置，和 处理所有未定义的行为。
如果你用c++编写，你可以适当地调整代码。注意，c++ 20引入了std::bit_ceil，它做了完全相同的事情，只是在某些条件下行为可能是未定义的。
#include <limits.h>
#ifdef _MSC_VER
# if _MSC_VER >= 1400
/* _BitScanReverse is introduced in Visual C++ 2005 and requires
<intrin.h> (also introduced in Visual C++ 2005). */
#include <intrin.h>
#pragma intrinsic(_BitScanReverse)
#pragma intrinsic(_BitScanReverse64)
# define HAVE_BITSCANREVERSE 1
# endif
#endif
/* Macro indicating that the compiler supports __builtin_clz().
The name HAVE_BUILTIN_CLZ seems to be the most common, but in some
projects HAVE__BUILTIN_CLZ is used instead. */
#ifdef __has_builtin
# if __has_builtin(__builtin_clz)
# define HAVE_BUILTIN_CLZ 1
# endif
#elif defined(__GNUC__)
# if (__GNUC__ > 3)
# define HAVE_BUILTIN_CLZ 1
# elif defined(__GNUC_MINOR__)
# if (__GNUC__ == 3 && __GNUC_MINOR__ >= 4)
# define HAVE_BUILTIN_CLZ 1
# endif
# endif
#endif
/**
* Returns the smallest power of two that is not smaller than x.
*/
unsigned long int next_power_of_2_long(unsigned long int x)
{
if (x <= 1) {
return 1;
}
x--;
#ifdef HAVE_BITSCANREVERSE
if (x > (ULONG_MAX >> 1)) {
return 0;
} else {
unsigned long int index;
(void) _BitScanReverse(&index, x);
return (1UL << (index + 1));
}
#elif defined(HAVE_BUILTIN_CLZ)
if (x > (ULONG_MAX >> 1)) {
return 0;
}
return (1UL << (sizeof(x) * CHAR_BIT - __builtin_clzl(x)));
#else
/* Solution from "Bit Twiddling Hacks"
<http://www.graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html#RoundUpPowerOf2>
but converted to a loop for smaller code size.
("gcc -O3" will unroll this.) */
{
unsigned int shift;
for (shift = 1; shift < sizeof(x) * CHAR_BIT; shift <<= 1) {
x |= (x >> shift);
}
}
return (x + 1);
#endif
}
unsigned int next_power_of_2(unsigned int x)
{
if (x <= 1) {
return 1;
}
x--;
#ifdef HAVE_BITSCANREVERSE
if (x > (UINT_MAX >> 1)) {
return 0;
} else {
unsigned long int index;
(void) _BitScanReverse(&index, x);
return (1U << (index + 1));
}
#elif defined(HAVE_BUILTIN_CLZ)
if (x > (UINT_MAX >> 1)) {
return 0;
}
return (1U << (sizeof(x) * CHAR_BIT - __builtin_clz(x)));
#else
{
unsigned int shift;
for (shift = 1; shift < sizeof(x) * CHAR_BIT; shift <<= 1) {
x |= (x >> shift);
}
}
return (x + 1);
#endif
}
unsigned long long next_power_of_2_long_long(unsigned long long x)
{
if (x <= 1) {
return 1;
}
x--;
#if (defined(HAVE_BITSCANREVERSE) && \
ULLONG_MAX == 18446744073709551615ULL)
if (x > (ULLONG_MAX >> 1)) {
return 0;
} else {
/* assert(sizeof(__int64) == sizeof(long long)); */
unsigned long int index;
(void) _BitScanReverse64(&index, x);
return (1ULL << (index + 1));
}
#elif defined(HAVE_BUILTIN_CLZ)
if (x > (ULLONG_MAX >> 1)) {
return 0;
}
return (1ULL << (sizeof(x) * CHAR_BIT - __builtin_clzll(x)));
#else
{
unsigned int shift;
for (shift = 1; shift < sizeof(x) * CHAR_BIT; shift <<= 1) {
x |= (x >> shift);
}
}
return (x + 1);
#endif
}
检查Bit Twiddling Hacks。你需要得到以2为底的对数，然后加上1。32位值的示例:
四舍五入到下一个2的最高次幂 Unsigned int v;//计算32位v的下一个最高次幂2 v -; V |= V >> 1; V |= V >> 2; V |= V >> 4; V |= V >> 8; V |= V >> 16; v + +;
延伸到其他宽度应该是明显的。
g++编译器提供了一个内置函数__builtin_clz，用于计算前导零:
所以我们可以这样做:
int nextPowerOfTwo(unsigned int x) {
return 1 << sizeof(x)*8 - __builtin_clz(x);
}
int main () {
std::cout << nextPowerOfTwo(7) << std::endl;
std::cout << nextPowerOfTwo(31) << std::endl;
std::cout << nextPowerOfTwo(33) << std::endl;
std::cout << nextPowerOfTwo(8) << std::endl;
std::cout << nextPowerOfTwo(91) << std::endl;
return 0;
}
结果:
8
32
64
16
128
但请注意，对于x == 0， __builtin_clz return是未定义的。
为了完整起见，这里是用标准C语言实现的浮点数。
double next_power_of_two(double value) {
int exp;
if(frexp(value, &exp) == 0.5) {
// Omit this case to round precise powers of two up to the *next* power
return value;
}
return ldexp(1.0, exp);
}
