swift - 有没有办法反转 UInt64 中的位顺序？

Question

我正在根据用 Java 编写的教程用 Swift 构建一个国际象棋引擎。在教程中，Java 的有符号 64 位整数 long 有一个名为 reverse(long i) 的静态方法，它“返回通过反转二进制中的位顺序获得的值补充指定长值的二进制表示。”它基本上颠倒了二进制位的顺序，以便为简单起见使用 8 位，01000000 将变为 00000010。

我很好奇是否有一种方法可以用 Swift 的 UInt64 完成同样的事情。我知道 Java 的 long (有符号，2s 补码)和 Swift 的 UInt64 (无符号)是不同的，但我想用 做到这一点并不难UInt64.

我尝试了 UInt64.byteSwapped，但这似乎并没有让我得到我期望的行为。

Answer 1

不，Swift 标准库不提供反转整数中位 顺序的方法，例如参见讨论 Bit reversal在 Swift 论坛中。

可以使用 Bit Twiddling Hacks 中的 C 方法，通过将 C 代码导入 Swift，或将其转换为 Swift。

例如，我采用了基于循环的变体

unsigned int s = sizeof(v) * CHAR_BIT; // bit size; must be power of 2 
unsigned int mask = ~0;         
while ((s >>= 1) > 0) 
{
  mask ^= (mask << s);
  v = ((v >> s) & mask) | ((v << s) & ~mask);
}

因为这不限于某个整数大小。它可以转换为 Swift 作为 FixedWidthInteger 的扩展，因此它可以处理所有大小的整数:

extension FixedWidthInteger {
    var bitSwapped: Self {
        var v = self
        var s = Self(v.bitWidth)
        precondition(s.nonzeroBitCount == 1, "Bit width must be a power of two")
        var mask = ~Self(0)
        repeat  {
            s = s >> 1
            mask ^= mask << s
            v = ((v >> s) & mask) | ((v << s) & ~mask)
        } while s > 1
        return v
    }
}

例子:

print(String(UInt64(1).bitSwapped, radix: 16))
// 8000000000000000
print(String(UInt64(0x8070605004030201).bitSwapped, radix: 16))
// 8040c0200a060e01
print(String(UInt16(0x1234).bitSwapped, radix: 16))
// 2c48

另一种选择是先使用 byteSwapped 反转字节顺序，然后使用(预先计算的)查找表反转每个字节中的位顺序:

fileprivate let bitReverseTable256: [UInt8] = [
    0, 128, 64, 192, 32, 160, 96, 224, 16, 144, 80, 208, 48, 176, 112, 240,
    8, 136, 72, 200, 40, 168, 104, 232, 24, 152, 88, 216, 56, 184, 120, 248,
    4, 132, 68, 196, 36, 164, 100, 228, 20, 148, 84, 212, 52, 180, 116, 244,
    12, 140, 76, 204, 44, 172, 108, 236, 28, 156, 92, 220, 60, 188, 124, 252,
    2, 130, 66, 194, 34, 162, 98, 226, 18, 146, 82, 210, 50, 178, 114, 242,
    10, 138, 74, 202, 42, 170, 106, 234, 26, 154, 90, 218, 58, 186, 122, 250,
    6, 134, 70, 198, 38, 166, 102, 230, 22, 150, 86, 214, 54, 182, 118, 246,
    14, 142, 78, 206, 46, 174, 110, 238, 30, 158, 94, 222, 62, 190, 126, 254,
    1, 129, 65, 193, 33, 161, 97, 225, 17, 145, 81, 209, 49, 177, 113, 241,
    9, 137, 73, 201, 41, 169, 105, 233, 25, 153, 89, 217, 57, 185, 121, 249,
    5, 133, 69, 197, 37, 165, 101, 229, 21, 149, 85, 213, 53, 181, 117, 245,
    13, 141, 77, 205, 45, 173, 109, 237, 29, 157, 93, 221, 61, 189, 125, 253,
    3, 131, 67, 195, 35, 163, 99, 227, 19, 147, 83, 211, 51, 179, 115, 243,
    11, 139, 75, 203, 43, 171, 107, 235, 27, 155, 91, 219, 59, 187, 123, 251,
    7, 135, 71, 199, 39, 167, 103, 231, 23, 151, 87, 215, 55, 183, 119, 247,
    15, 143, 79, 207, 47, 175, 111, 239, 31, 159, 95, 223, 63, 191, 127, 255]

extension FixedWidthInteger {
    var bitSwapped: Self {
        var value = self.byteSwapped
        withUnsafeMutableBytes(of: &value) {
            let bytes = $0.bindMemory(to: UInt8.self)
            for i in 0..<bytes.count {
                bytes[i] = bitReverseTable256[Int(bytes[i])]
            }
        }
        return value
    }
}