什么更快？按位运算或数组运算。为什么呢？

Question

假设有一排10个灯泡。它们的状态可以是ON（1）或OFF（0）。

这可以用数组表示。

states = [1, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0]

或者是10位数字。

states = 1011010010

更新状态（在列表中设置值）：

对于数组，它将是

states[0] = 1

对于位，它将使用位掩码

states = states | 10000000

类似的操作将用于清除比特等。

哪些操作更快？哪些情况应该使用数组，同样也应该用于比特？

我已经看到像国际象棋/棋盘引擎这样的某些引擎使用位串来存储板状态（1 =正方形，0 =正方形）。有些人还使用数组。如果可能的话，也可以考虑这个背景。

Answer 1

  

哪些操作更快？

假设我们有N个标记，其中N是一个很大的数字。让我们比较一下测试标志需要做些什么。

标志操作数组：

每个flag都是一个字节，因此数组的大小为N个字节。

byte states[N];
sizeof (states) == N;

1. 访问阵列，即value = *(&states + index
2. 将value与零进行比较。

位操作：

每个flag都是一个位，每8位被分组为字节。所以数组的大小是N / 8个字节。

byte states[N / 8];
sizeof (states) == N / 8;

1. 计算数组索引，即arr_idx = index / 8
2. 访问数组元素，即value = *(&states + arr_idx
3. 计算位索引，即bit_idx = index % 8
4. 测试bit_idx中的位value是否为零。

正如我们所看到的，位操作将需要更多步骤。但CPU擅长这些额外步骤所需的两个操作的功能，因此从性能的角度来看，它只会稍慢一点。

  

应该使用哪种情况下的数组呢？

我们更喜欢用于存储大量标志的位。每个字节都有8个位，因此位的内存占用量总是比字节小8倍。

我们更喜欢简单，速度和原子操作的字节。大多数CPU都有特殊的“原子”指令来原子地测试/设置/清除字节，但不是字节中的位。

例如，如果在out应用程序中的几个线程之间使用了这个滞后数组，我们可以使用原子CPU指令来操作该数组。对于位，它会更复杂，有锁或比较交换循环。

Answer 2

寄存器上的按位操作在现代处理器（x86，ARM等）上占用（最多）一个时钟周期它实际上远不止于此，因为这些类型的操作使用了一些最简单的单元。能够在一个周期内执行和退出多个操作系统的CPU（例如Intel CPU），因此汇编程序员认为这些操作是免费的。

另一方面，数组处理需要内存加载和存储，并且可能超过缓存行大小，如果缓存未命中，这将是一个很大的延迟命中。

真的没有比较。按位运算是免费的;阵列操作相对昂贵。