Question

我有以下功能：

int GetGroup(unsigned bitResult, int iStartPos, int iNumOfBites)
{
 return (bitResult >> (iStartPos + 1- iNumOfBites)) & ~(~0 << iNumOfBites);
}

该函数返回一个字节的位组即bitResult=102 (01100110)2, iStartPos=5, iNumOfBites=3
输出：2 (10)2
对于iStartPos=7, iNumOfBites=4
输出：3 (0110)2
我正在寻找更好的方式/＆＃34;友好＆＃34;这样做，即用bitset或类似的东西。
有任何建议吗？

Answer 1

(src >> start) & ((1UL << len)-1)     // or 1ULL << if you need a 64-bit mask

是从len开始表达start位提取的一种方法。（在这种情况下，start是您想要的范围的LSB。您的函数需要MSB作为输入。）此表达式来自Wikipedia's article on the x86 BMI1 instruction set extensions。

但是，如果len是该类型的整个宽度，则生成掩码的两种方式都存在风险。（提取所有位的角落情况）。按类型的整个宽度移位可以产生零或不变。（它实际上调用了未定义的行为，但实际上如果编译器在编译时无法看到它会发生什么。例如，x86将移位计数屏蔽到0-31范围（对于32位移位）。使用32位注意：

如果1＆lt;＆lt; 32产生1，然后1-1 = 0，因此结果将为零。
如果~0＆lt;＆lt; 32产生〜0而不是0，掩码将为零。

请记住1<<len len的未定义行为太大了：不像将其写为0x3ffffffffff或其他任何内容，都不会自动升级到long long，所以类型1很重要。

我认为从您的示例中您需要位[iStartPos : iStartPos - iNumOfBites]，其中位从零开始编号。

我在函数中更改的主要内容是函数和变量的命名，并添加注释。

bitResult是函数的输入;不要使用＆＃34;结果＆＃34;以它的名字。
iStartPos好的，但有点冗长
iNumOfBites计算机具有位和字节。如果您正在处理叮咬，您需要医生（或牙医）。

此外，返回类型可能应为unsigned。

// extract bits [msb : msb-len] from input into the low bits of the result
unsigned BitExtract(unsigned input, int msb, int len)
{
  return (input >> (msb-len + 1)) & ~(~0 << len);
}

如果你的起始位置参数是lsb而不是msb，表达式会更简单，代码会更小更快（除非这只会给调用者带来额外的工作）。使用LSB作为参数，BitExtract是7条指令，如果它是MSB（在x86-64，gcc 5.2上），则为9条。

还有一个机器指令（由Intel Haswell和AMD Piledriver引入）执行此操作。使用它可以获得更小，更快的代码。它还使用LSB，len位置约定，而不是MSB，因此您可以使用LSB作为参数获得更短的代码。

Intel CPU只知道需要先将一个立即加载到寄存器中的版本，因此当这些值是编译时常量时，与简单的移位和屏蔽相比，它不会节省太多。 e.g. see this post about using it or pextr for RGB32 -> RGB16。当然，如果start和len都是编译时常量，那么参数是否是所需范围的MSB或LSB并不重要。

只有AMD实现了bextr的版本，可以将控制掩码作为直接常量，但不幸的是，似乎gcc 5.2并没有将立即版本用于使用内在函数的代码（即使使用{ {1}}（即推土机v2又名打桩机）。（generate bextr with an immediate argument on its own in some cases与-march=bdver2合作。）

我tested it out on godbolt了解您使用或不使用bextr可获得的代码类型。

-march=bdver2

需要额外的指令（#include <immintrin.h> // Intel ICC uses different intrinsics for bextr // extract bits [msb : msb-len] from input into the low bits of the result unsigned BitExtract(unsigned input, int msb, int len) { #ifdef __BMI__ // probably also need to check for __GNUC__ return __builtin_ia32_bextr_u32(input, (len<<8) | (msb-len+1) ); #else return (input >> (msb-len + 1)) & ~(~0 << len); #endif }）来实现movzx安全检查，以避免起始字节溢出到长度字节中。我把它排除在外是因为要求0-31范围之外的起始位是无稽之谈，更不用说0-255范围了。由于它不会崩溃，只是返回一些其他废话结果，没有多大意义。

无论如何，(msb-len+1)&0xff保存了不少指令（如果BMI2 bext / shlx也不可用！在Godbolt上的shrx是Haswell，因此包括BMI2也是如此。）

但是英特尔CPU上的 -march=native解码为2 uops （http://agner.org/optimize/），所以与bextr /相比它根本不是很有用shrx，但保存一些代码大小除外。 and实际上对吞吐量（1 uop / 3c延迟）更好，即使它是一种更强大的指令。但是，延迟更糟糕。并且AMD CPU的运行速度非常慢pext，但pext为单个uop。

Answer 2

pragma pack(push, 1)
struct Bit
{
union
    {
    uint8_t _value;
    struct {
        uint8_t _bit0:0;
        uint8_t _bit1:0;
        uint8_t _bit2:0;
        uint8_t _bit3:0;
        uint8_t _bit4:0;
        uint8_t _bit5:0;
        uint8_t _bit6:0;
        uint8_t _bit7:0;
        };
    };
};
#pragma pack(pop, 1)
typedef Bit bit;

struct B
{
    union
    {
            uint32_t _value;
            bit bytes[1];    // 1 for Single Byte
    };
};

使用struct和union，您可以将Struct B _value设置为结果，然后为每个0或1访问byte [0] ._ bit0到byte [0] ._ bit7，反之亦然。设置每个位，结果将在_value中。

Answer 3

我可能会做以下的事情，以便为参数中的错误提供额外的保护，并减少转移的数量。

我不确定我是否理解您使用的参数的含义，因此可能需要稍微调整一下。

我不确定这是否必须更有效率，因为为安全起见，有许多决定和范围检查。

/*
 *  Arguments:    const unsigned bitResult byte containing the bit field to extract
 *                const int iStartPos  zero based offset from the least significant bit
 *                const int iNumOfBites  number of bits to the right of the starting position
 *
 *  Description: Extract a bitfield beginning at the specified position for the specified
 *               number of bits returning the extracted bit field right justified.
*/
int GetGroup(const unsigned bitResult, const int iStartPos, const int iNumOfBites)
{
    // masks to remove any leading bits that need to disappear.
    // we change starting position to be one based so the first element is unused.
    const static unsigned bitMasks[] = {0x01, 0x01, 0x03, 0x07, 0x0f, 0x1f, 0x3f, 0x7f, 0xff};

    int iStart = (iStartPos > 7) ? 8 : iStartPos + 1;
    int iNum = (iNumOfBites > 8) ? 8 : iNumOfBites;

    unsigned retVal = (bitResult & bitMasks[iStart]);
    if (iStart > iNum) {
        retVal >>= (iStart - iNum);
    }

    return retVal;
}

从字节获取位

3 个答案: