Вычислять количество бит, установленных в байте

Мне интересно, что является оптимальным способом вычисления количества бит, заданных в байте таким образом

template< unsigned char byte > class BITS_SET
{
public:
    enum {
     B0 = (byte & 0x01) ? 1:0,
     B1 = (byte & 0x02) ? 1:0,
     B2 = (byte & 0x04) ? 1:0,
     B3 = (byte & 0x08) ? 1:0,
     B4 = (byte & 0x10) ? 1:0,
     B5 = (byte & 0x20) ? 1:0,
     B6 = (byte & 0x40) ? 1:0,
     B7 = (byte & 0x80) ? 1:0
    };
public:
 enum{RESULT = B0+B1+B2+B3+B4+B5+B6+B7};
};

Может быть, это оптимально, когда значение байта известно во время выполнения? Рекомендуется ли это использовать в коде?

ОТВЕТЫ

Ответ 1

Для 8-битных значений просто используйте таблицу поиска по 256 элементов.

Для входов большего размера это немного менее тривиально. Шон Эрон Андерсон имеет несколько различных функций для этого на странице бит Twiddling Hacks, все с различными характеристиками производительности. Существует не одна версия "все-все-все-все-самые быстрые", так как она зависит от характера вашего процессора (глубины конвейера, прогноза ветвления, размера кэша и т.д.) И данных, которые вы используете.

Ответ 2

Для одного байта данных оптимальный способ учета как скорости, так и потребления памяти:

uint8_t count_ones (uint8_t byte)
{
  static const uint8_t NIBBLE_LOOKUP [16] =
  {
    0, 1, 1, 2, 1, 2, 2, 3, 
    1, 2, 2, 3, 2, 3, 3, 4
  };


  return NIBBLE_LOOKUP[byte & 0x0F] + NIBBLE_LOOKUP[byte >> 4];
}

Вызов этой функции из цикла for должен давать достаточно эффективную программу для большинства систем. И это очень общее.

Ответ 3

Почему бы просто не использовать стандартную библиотеку? Таким образом, оптимальный способ должен определяться реализацией и, вероятно, лучше, чем любой совместимый со стандартами код, который вы действительно можете написать. Например, если вы используете x86, это компилируется в одну команду, но только если вы нацеливаете на процессоры, которые ее поддерживают.

#include <bitset>
#include <iostream>

int main() {
  unsigned char bitfield = 17;
  std::cout << std::bitset<8>(bitfield).count() <<
    std::endl;
}

Ответ 4

Для всего одного байтового значения самый быстрый способ - сохранить ответ в массиве с 256 байтами, который вы индексируете со значением. Например, bits_set[] = {0, 1, 1, 2, ...

Ответ 5

Обычный ответ для "самого быстрого способа выполнения битконта" - это "поиск байта в массиве". Такие работы для байтов, но вы платите за него реальный доступ к памяти. Если вы делаете это только один раз через некоторое время, это, скорее всего, самый быстрый, но тогда вам не нужен самый быстрый, если вы делаете это только один раз через некоторое время.

Если вы это сделаете много, вам лучше дозировать байты в слова или двойные слова и выполнять быстрые операции битконта на них. Они, как правило, являются чистой арифметикой, поскольку вы не можете реалистично искать 32-битное значение в массиве, чтобы получить его битконтинг. Вместо этого вы комбинируете значения путем смещения и маскировки умными способами.

Отличным источником умных приемов для этого является Бит-хаки.

Вот схема, опубликованная там для подсчета битов в 32-битных словах в C:

 unsigned int v; // count bits set in this (32-bit value)
 unsigned int c; // store the total here

 v = v - ((v >> 1) & 0x55555555);                    // reuse input as temporary
 v = (v & 0x33333333) + ((v >> 2) & 0x33333333);     // temp
 c = ((v + (v >> 4) & 0xF0F0F0F) * 0x1010101) >> 24; // count

Ответ 6

Почему бы не сдвинуть левую смену и не скрыть остальные?

int countBits(unsigned char byte){
    int count = 0;
    for(int i = 0; i < 8; i++)
        count += (byte >> i) & 0x01; // Shift bit[i] to the first position, and mask off the remaining bits.
    return count;
}

Это может быть легко адаптировано для обработки ints любого размера, просто вычислив, сколько бит в подсчитываемом значении, затем используйте это значение в цикле счетчика. Это все очень тривиально.

int countBits(unsigned long long int a){
    int count = 0;
    for(int i = 0; i < sizeof(a)*8; i++)
        count += (a >> i) & 0x01;
    return count;
}

Ответ 7

#include <iostream>
#include <climits> // for CHAR_BIT (most likely to be 8)
#include <cstring> // for memset
#include <new> 

static const int DUMMY = -1;

// first approch : activate the O(8) function in first get try... after that its O(1);
class bitsInByteflyLUT
{
    typedef unsigned char byte;

    public:
        bitsInByteflyLUT();     //CTOR - throws std::bad_alloc
        ~bitsInByteflyLUT();    //DTOR


        int Get_bitsInByte(byte _byte);     


    private:
        // CLASS DATA
        int*    flyLUT;

        // PRIVATE FUNCTIONS
        int bitsInByte(byte _byte);
        // O(8) for finding how many bits are ON in a byte.
        // answer can be between 0 to CHAR_BIT.

        bitsInByteflyLUT(const bitsInByteflyLUT & _class); // COPY CTOR - forbidden
        const bitsInByteflyLUT & operator= (const bitsInByteflyLUT& _class);
        // ASSIGN OPERATOR - forbidden

};

bitsInByteflyLUT::bitsInByteflyLUT()
{
    size_t nIndexes = 1 << CHAR_BIT;
    try
    {
        flyLUT =  new int[nIndexes];
    }
    catch (std::bad_alloc& ba)
    {
        throw;
    }
    memset(flyLUT, DUMMY, sizeof(int)*nIndexes);
}


bitsInByteflyLUT::~bitsInByteflyLUT()
{
    delete[] flyLUT;
}


int bitsInByteflyLUT::Get_bitsInByte(byte _byte)
{
    if (flyLUT[_byte] == DUMMY) // if its first time we try to get answer for this char.
    {
        flyLUT[_byte] = bitsInByte(_byte); // O(8)
    }
    return flyLUT[_byte]; // O(1) 
}

int bitsInByteflyLUT::bitsInByte(byte _byte)
{   
    byte nBits = CHAR_BIT;
    byte counter = 0;
    byte mask = 1;
    while(nBits--)
    {
        if(mask & _byte)
        {
            ++counter;
        }
        mask <<= 1;
    }
    return counter;
}





int main ()
{
    using std::cout;
    using std::endl;

    bitsInByteflyLUT flut;

    for (unsigned int i = 0; i < (1 << CHAR_BIT); i += 1)
    {   
        cout << i << " " << flut.Get_bitsInByte(i) << endl;
    }

    return 0;
}

Ответ 8

int count(int a){ return a == 0 ? 0 : 1 + count(a&(a-1)); }

Ответ 9

        #include <iostream>
        #include <ctime>
        using namespace std;

        int count1s(unsigned char byte)
        {
                if (byte == 0)
                {
                        return 0;
                }

                if (byte & 0x01)
                {
                        return  1+count1s(byte>>1);
                }
                return count1s(byte>>1);
        }

        int count1s2(unsigned char byte)
        {
                static const int ones[256] =  
   {0,1,1,2,1,2,2,3,1,2,2,3,2,3,3,4,
    1,2,2,3,2,3,3,4,2,3,3,4,3,4,4,5,1,2,2,
    3,2,3,3,4,2,3,3,4,3,4,4,5,2,3,3,4,3,4,
    4,5,3,4,4,5,4,5,5,6,1,2,2,3,2,3,3,4,2,
    3,3,4,3,4,4,5,2,3,3,4,3,4,4,5,3,4,4,5,
    4,5,5,6,2,3,3,4,3,4,4,5,3,4,4,5,4,5,5,
    6,3,4,4,5,4,5,5,6,4,5,5,6,5,6,6,7,1,2,
    2,3,2,3,3,4,2,3,3,4,3,4,4,5,2,3,3,4,3,
    4,4,5,3,4,4,5,4,5,5,6,2,3,3,4,3,4,4,5,
    3,4,4,5,4,5,5,6,3,4,4,5,4,5,5,6,4,5,5,
    6,5,6,6,7,2,3,3,4,3,4,4,5,3,4,4,5,4,5,
    5,6,3,4,4,5,4,5,5,6,4,5,5,6,5,6,6,7,3,
    4,4,5,4,5,5,6,4,5,5,6,5,6,6,7,4,5,5,6,
    5,6,6,7,5,6,6,7,6,7,7,8};

                return ones[(int)byte];
        }

        int main()
        {
                time_t start = clock();
                int c = count1s(205);
                time_t end = clock();
                cout<<"count1: "<<c<<" time: "<<double(end-start)<<endl;
                start = clock();
                c = count1s2(205);
                end = clock();
                cout<<"count2: "<<c<<" time: "<<double(end-start)<<endl;
                return 0;
        }