c++ - 从字节中获取位

Question

我有以下功能:

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

该函数从一个字节返回一组位。
即如果 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/“友好”来做到这一点，即使用 bitset或类似的东西。有什么建议吗？

Answer 1

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

是表达 len 提取的一种方式位，从 start 开始. (在本例中， start 是您想要的范围的 LSB。您的函数需要 MSB 作为输入。)该表达式来自 Wikipedia's article on the x86 BMI1 instruction set extensions .

两种生产口罩的方法看起来都有风险，以防万一 len不过是字体的全宽。 (提取所有位的极端情况)。按类型的全宽度移动可以产生零或不变。 (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看不到它，就会发生这种情况。例如，x86 将移位计数屏蔽到 0-31 范围(对于 32 位移位)。使用 32 位整数:

如果 1 << 32 产生 1，则 1-1 = 0，因此结果将为零。

如果 ~0 << 32 产生 ~0，而不是 0，则掩码将为零。

请记住 1<<len是 len 的未定义行为太大:不像把它写成 0x3ffffffffff或者别的什么，没有自动升级到 long long发生，所以 1 的类型事项。

我认为从你的例子中你想要这些位 [iStartPos : iStartPos - iNumOfBites] ，其中位从零开始编号。

我要在您的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；不要在其名称中使用“结果”。

iStartPos好的，但有点冗长

iNumOfBites计算机有位和字节。如果您要处理咬伤，您需要看医生(或牙医)。

此外，返回类型应该是 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);
}

如果您的 start-position 参数是 lsb 而不是 msb，则表达式会更简单，并且代码会更小更快(除非这会给调用者带来额外的工作)。以 LSB 作为参数，BitExtract 是 7 条指令，如果是 MSB(在 x86-64、gcc 5.2 上)则是 9 条指令。

还有一个执行此操作的机器指令(由 Intel Haswell 和 AMD Piledriver 引入)。通过使用它，您将获得更小、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 只知道需要先将立即数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，它并没有节省多少。 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，则参数是所需范围的 MSB 还是 LSB 并不重要。

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

我 tested it out on godbolt查看使用或不使用 bextr 会得到什么样的代码。

#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
}

实现 movzx 需要额外的指令( (msb-len+1)&0xff)安全检查以避免起始字节溢出到长度字节中。我省略了它，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。既然它不会崩溃，就返回一些其他的废话结果，没有多大意义。

不管怎样， bext保存了很多指令(如果 BMI2 shlx/ shrx 也不可用! -march=native 在 Godbolt 上是 Haswell，因此也包括 BMI2。)

但是 bextr在 Intel CPU 上解码为 2 uops ( http://agner.org/optimize/ )，因此与 shrx 相比，它根本不是很有用/ and ，除了节省一些代码大小。 pext实际上对吞吐量更好(1 uop/3c 延迟)，即使它是一种更强大的指令。但是，延迟更糟。和 AMD CPU 运行 pext很慢，但是 bextr作为一个单一的 uop。