it-roy-ru.com

В C/C++, какой самый простой способ изменить порядок бит в байте?

Хотя существует несколько способов изменить порядок битов в байте, мне любопытно, что является наиболее простым для реализации разработчиком. И под реверсом я имею в виду:

1110 -> 0111
0010 -> 0100

Это похоже на, но не дублирует вопрос этот PHP.

Это похоже, но не дублирует этот C вопрос. Этот вопрос задает самый простой метод для реализации разработчиком. «Лучший алгоритм» связан с производительностью памяти и процессора.

88
nathan

Если вы говорите об одном байте, лучше всего подойдет поиск по таблице, если только по какой-то причине у вас нет 256 байтов.

88
e.James

Это должно работать:

unsigned char reverse(unsigned char b) {
   b = (b & 0xF0) >> 4 | (b & 0x0F) << 4;
   b = (b & 0xCC) >> 2 | (b & 0x33) << 2;
   b = (b & 0xAA) >> 1 | (b & 0x55) << 1;
   return b;
}

Сначала левые четыре бита меняются местами с правыми четырьмя битами. Затем все смежные пары меняются местами, а затем все смежные одиночные биты. Это приводит к обратному порядку.

195
sth

Я думаю, что таблица поиска должна быть одним из самых простых методов. Однако вам не нужна полная таблица поиска.

//Index 1==0b0001 => 0b1000
//Index 7==0b0111 => 0b1110
//etc
static unsigned char lookup[16] = {
0x0, 0x8, 0x4, 0xc, 0x2, 0xa, 0x6, 0xe,
0x1, 0x9, 0x5, 0xd, 0x3, 0xb, 0x7, 0xf, };

uint8_t reverse(uint8_t n) {
   // Reverse the top and bottom nibble then swap them.
   return (lookup[n&0b1111] << 4) | lookup[n>>4];
}

// Detailed breakdown of the math
//  + lookup reverse of bottom nibble
//  |       + grab bottom nibble
//  |       |        + move bottom result into top nibble
//  |       |        |     + combine the bottom and top results 
//  |       |        |     | + lookup reverse of top nibble
//  |       |        |     | |       + grab top nibble
//  V       V        V     V V       V
// (lookup[n&0b1111] << 4) | lookup[n>>4]

Это довольно просто кодировать и проверять визуально.
В конечном итоге это может быть даже быстрее, чем полный стол. Арифметический бит дешев, и таблица легко помещается в строку кэша.

109
deft_code

Посмотрите бит взломать тиддлинг для многих решений. Копирование оттуда, очевидно, просто в реализации. знак равно

Например (на 32-битном процессоре):

uint8_t b = byte_to_reverse;
b = ((b * 0x0802LU & 0x22110LU) | (b * 0x8020LU & 0x88440LU)) * 0x10101LU >> 16;

Если под «простым внедрением» подразумевается что-то, что может быть сделано без ссылки на экзамене или собеседовании, то, вероятно, самой безопасной ставкой является неэффективное копирование битов один за другим в другую переменную в обратном порядке (уже показано в других ответах). ).

41
Arkku

Поскольку никто не опубликовал полное решение для поиска в таблице, вот мое:

unsigned char reverse_byte(unsigned char x)
{
    static const unsigned char table[] = {
        0x00, 0x80, 0x40, 0xc0, 0x20, 0xa0, 0x60, 0xe0,
        0x10, 0x90, 0x50, 0xd0, 0x30, 0xb0, 0x70, 0xf0,
        0x08, 0x88, 0x48, 0xc8, 0x28, 0xa8, 0x68, 0xe8,
        0x18, 0x98, 0x58, 0xd8, 0x38, 0xb8, 0x78, 0xf8,
        0x04, 0x84, 0x44, 0xc4, 0x24, 0xa4, 0x64, 0xe4,
        0x14, 0x94, 0x54, 0xd4, 0x34, 0xb4, 0x74, 0xf4,
        0x0c, 0x8c, 0x4c, 0xcc, 0x2c, 0xac, 0x6c, 0xec,
        0x1c, 0x9c, 0x5c, 0xdc, 0x3c, 0xbc, 0x7c, 0xfc,
        0x02, 0x82, 0x42, 0xc2, 0x22, 0xa2, 0x62, 0xe2,
        0x12, 0x92, 0x52, 0xd2, 0x32, 0xb2, 0x72, 0xf2,
        0x0a, 0x8a, 0x4a, 0xca, 0x2a, 0xaa, 0x6a, 0xea,
        0x1a, 0x9a, 0x5a, 0xda, 0x3a, 0xba, 0x7a, 0xfa,
        0x06, 0x86, 0x46, 0xc6, 0x26, 0xa6, 0x66, 0xe6,
        0x16, 0x96, 0x56, 0xd6, 0x36, 0xb6, 0x76, 0xf6,
        0x0e, 0x8e, 0x4e, 0xce, 0x2e, 0xae, 0x6e, 0xee,
        0x1e, 0x9e, 0x5e, 0xde, 0x3e, 0xbe, 0x7e, 0xfe,
        0x01, 0x81, 0x41, 0xc1, 0x21, 0xa1, 0x61, 0xe1,
        0x11, 0x91, 0x51, 0xd1, 0x31, 0xb1, 0x71, 0xf1,
        0x09, 0x89, 0x49, 0xc9, 0x29, 0xa9, 0x69, 0xe9,
        0x19, 0x99, 0x59, 0xd9, 0x39, 0xb9, 0x79, 0xf9,
        0x05, 0x85, 0x45, 0xc5, 0x25, 0xa5, 0x65, 0xe5,
        0x15, 0x95, 0x55, 0xd5, 0x35, 0xb5, 0x75, 0xf5,
        0x0d, 0x8d, 0x4d, 0xcd, 0x2d, 0xad, 0x6d, 0xed,
        0x1d, 0x9d, 0x5d, 0xdd, 0x3d, 0xbd, 0x7d, 0xfd,
        0x03, 0x83, 0x43, 0xc3, 0x23, 0xa3, 0x63, 0xe3,
        0x13, 0x93, 0x53, 0xd3, 0x33, 0xb3, 0x73, 0xf3,
        0x0b, 0x8b, 0x4b, 0xcb, 0x2b, 0xab, 0x6b, 0xeb,
        0x1b, 0x9b, 0x5b, 0xdb, 0x3b, 0xbb, 0x7b, 0xfb,
        0x07, 0x87, 0x47, 0xc7, 0x27, 0xa7, 0x67, 0xe7,
        0x17, 0x97, 0x57, 0xd7, 0x37, 0xb7, 0x77, 0xf7,
        0x0f, 0x8f, 0x4f, 0xcf, 0x2f, 0xaf, 0x6f, 0xef,
        0x1f, 0x9f, 0x5f, 0xdf, 0x3f, 0xbf, 0x7f, 0xff,
    };
    return table[x];
}
35
fredoverflow
template <typename T>
T reverse(T n, size_t b = sizeof(T) * CHAR_BIT)
{
    assert(b <= std::numeric_limits<T>::digits);

    T rv = 0;

    for (size_t i = 0; i < b; ++i, n >>= 1) {
        rv = (rv << 1) | (n & 0x01);
    }

    return rv;
}

Правка:

Преобразовал его в шаблон с необязательным битрейтом

24
andand

Две строки:

for(i=0;i<8;i++)
     reversed |= ((original>>i) & 0b1)<<(7-i);

или если у вас есть проблемы с частью "0b1":

for(i=0;i<8;i++)
     reversed |= ((original>>i) & 1)<<(7-i);

«original» - это байт, который вы хотите повернуть . «reverse» - это результат, инициализированный равным 0.

15
Daniel

Хотя, вероятно, не переносимый, я бы использовал язык ассемблера.
Многие языки ассемблера имеют инструкции немного повернуть флаг переноса и повернуть флаг переноса в Слово (или байт).

Алгоритм:

for each bit in the data type:
  rotate bit into carry flag
  rotate carry flag into destination.
end-for

Код языка высокого уровня для этого гораздо сложнее, потому что C и C++ не поддерживают вращение для переноса и вращение для переноса. Флаг переноса должен быть смоделирован.

Правка: Язык ассемблера, например

;  Enter with value to reverse in R0.
;  Assume 8 bits per byte and byte is the native processor type.
   LODI, R2  8       ; Set up the bit counter
Loop:
   RRC, R0           ; Rotate R0 right into the carry bit.
   RLC, R1           ; Rotate R1 left, then append carry bit.
   DJNZ, R2  Loop    ; Decrement R2 and jump if non-zero to "loop"
   LODR, R0  R1      ; Move result into R0.
12
Thomas Matthews

самый простой способ, вероятно, заключается в переборе битовых позиций в цикле:

unsigned char reverse(unsigned char c) {
   int shift;
   unsigned char result = 0;
   for (shift = 0; shift < CHAR_BIT; shift++) {
      if (c & (0x01 << shift))
         result |= (0x80 >> shift);
   }
   return result;
}
10
sth

Я считаю, что следующее решение проще, чем другие алгоритмы с битами, которые я видел здесь.

unsigned char reverse_byte(char a)
{

  return ((a & 0x1)  << 7) | ((a & 0x2)  << 5) |
         ((a & 0x4)  << 3) | ((a & 0x8)  << 1) |
         ((a & 0x10) >> 1) | ((a & 0x20) >> 3) |
         ((a & 0x40) >> 5) | ((a & 0x80) >> 7);
}

Он получает каждый бит в байте и соответственно смещает его, начиная с первого до последнего.

Объяснение:

   ((a & 0x1) << 7) //get first bit on the right and shift it into the first left position 
 | ((a & 0x2) << 5) //add it to the second bit and shift it into the second left position
  //and so on
9
dau_sama

Для константы, 8-битный ввод, это не требует никакой памяти или процессора во время выполнения:

#define MSB2LSB(b) (((b)&1?128:0)|((b)&2?64:0)|((b)&4?32:0)|((b)&8?16:0)|((b)&16?8:0)|((b)&32?4:0)|((b)&64?2:0)|((b)&128?1:0))

Я использовал это для ARINC-429, где порядок битов (порядковый номер) метки противоположен остальной части Word. Метка часто является константой и обычно восьмеричной. Например:

#define LABEL_HF_COMM MSB2LSB(0205)
7
Bob Stein

Вы можете быть заинтересованы в std::vector<bool> (который упакован битами) и std::bitset

Это должно быть самым простым, как требуется.

#include <iostream>
#include <bitset>
using namespace std;
int main() {
  bitset<8> bs = 5;
  bitset<8> rev;
  for(int ii=0; ii!= bs.size(); ++ii)
    rev[bs.size()-ii-1] = bs[ii];
  cerr << bs << " " << rev << endl;
}

Другие варианты могут быть быстрее.

Правка: я должен вам решение, используя std::vector<bool>

#include <algorithm>
#include <iterator>
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
  vector<bool> b{0,0,0,0,0,1,0,1};
  reverse(b.begin(), b.end());
  copy(b.begin(), b.end(), ostream_iterator<int>(cerr));
  cerr << endl;
}

Во втором примере требуется расширение c ++ 0x (для инициализации массива с помощью {...}). Преимущество использования bitset или std::vector<bool> (или boost::dynamic_bitset) состоит в том, что вы не ограничены байтами или словами, но можете обратить произвольное количество битов.

НТН

6
baol

Таблица поиска или

uint8_t rev_byte(uint8_t x) {
    uint8_t y;
    uint8_t m = 1;
    while (m) {
       y >>= 1;
       if (m&x) {
          y |= 0x80;
       }
       m <<=1;
    }
    return y;
}

Правка

Посмотрите здесь для других решений, которые могут работать лучше для вас

3
nategoose

более медленная, но более простая реализация:

static int swap_bit(unsigned char unit)
{
    /*
     * swap bit[7] and bit[0]
     */
    unit = (((((unit & 0x80) >> 7) ^ (unit & 0x01)) << 7) | (unit & 0x7f));
    unit = (((((unit & 0x80) >> 7) ^ (unit & 0x01))) | (unit & 0xfe));
    unit = (((((unit & 0x80) >> 7) ^ (unit & 0x01)) << 7) | (unit & 0x7f));

    /*
     * swap bit[6] and bit[1]
     */
    unit = (((((unit & 0x40) >> 5) ^ (unit & 0x02)) << 5) | (unit & 0xbf));
    unit = (((((unit & 0x40) >> 5) ^ (unit & 0x02))) | (unit & 0xfd));
    unit = (((((unit & 0x40) >> 5) ^ (unit & 0x02)) << 5) | (unit & 0xbf));

    /*
     * swap bit[5] and bit[2]
     */
    unit = (((((unit & 0x20) >> 3) ^ (unit & 0x04)) << 3) | (unit & 0xdf));
    unit = (((((unit & 0x20) >> 3) ^ (unit & 0x04))) | (unit & 0xfb));
    unit = (((((unit & 0x20) >> 3) ^ (unit & 0x04)) << 3) | (unit & 0xdf));

    /*
     * swap bit[4] and bit[3]
     */
    unit = (((((unit & 0x10) >> 1) ^ (unit & 0x08)) << 1) | (unit & 0xef));
    unit = (((((unit & 0x10) >> 1) ^ (unit & 0x08))) | (unit & 0xf7));
    unit = (((((unit & 0x10) >> 1) ^ (unit & 0x08)) << 1) | (unit & 0xef));

    return unit;
}
2
wenlujon

Эта простая функция использует маску для проверки каждого бита входного байта и передачи его в сдвиговый выход:

char Reverse_Bits(char input)
{    
    char output = 0;

    for (unsigned char mask = 1; mask > 0; mask <<= 1)
    {
        output <<= 1;

        if (input & mask)
            output |= 1;
    }

    return output;
}
2
luci88filter

Перед реализацией любого алгоритмического решения проверьте язык ассемблера на используемую вами архитектуру ЦП. Ваша архитектура может включать инструкции, которые обрабатывают побитовые манипуляции, подобные этой (и что может быть проще, чем одна инструкция по сборке?).

Если такая инструкция недоступна, я бы посоветовал пойти по маршруту таблицы поиска. Вы можете написать скрипт/программу для генерации таблицы для вас, и операции поиска будут выполняться быстрее, чем любой из алгоритмов реверсирования битов здесь (за счет необходимости хранить таблицу поиска где-нибудь).

2
bta

Может ли это быть быстрым решением?

int byte_to_be_reversed = 
    ((byte_to_be_reversed>>7)&0x01)|((byte_to_be_reversed>>5)&0x02)|      
    ((byte_to_be_reversed>>3)&0x04)|((byte_to_be_reversed>>1)&0x08)| 
    ((byte_to_be_reversed<<7)&0x80)|((byte_to_be_reversed<<5)&0x40)|
    ((byte_to_be_reversed<<3)&0x20)|((byte_to_be_reversed<<1)&0x10);

Избавляется от использования цикла for! но эксперты, пожалуйста, скажите мне, если это эффективно и быстрее?

2
Jamboree

Этот основан на одном BobStein-VisiBone предоставляется

#define reverse_1byte(b)    ( ((uint8_t)b & 0b00000001) ? 0b10000000 : 0 ) | \
                            ( ((uint8_t)b & 0b00000010) ? 0b01000000 : 0 ) | \
                            ( ((uint8_t)b & 0b00000100) ? 0b00100000 : 0 ) | \
                            ( ((uint8_t)b & 0b00001000) ? 0b00010000 : 0 ) | \
                            ( ((uint8_t)b & 0b00010000) ? 0b00001000 : 0 ) | \
                            ( ((uint8_t)b & 0b00100000) ? 0b00000100 : 0 ) | \
                            ( ((uint8_t)b & 0b01000000) ? 0b00000010 : 0 ) | \
                            ( ((uint8_t)b & 0b10000000) ? 0b00000001 : 0 ) 

Мне это очень нравится, потому что компилятор автоматически выполняет эту работу за вас, поэтому не требует дополнительных ресурсов.

это также может быть расширено до 16-бит ...

#define reverse_2byte(b)    ( ((uint16_t)b & 0b0000000000000001) ? 0b1000000000000000 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0000000000000010) ? 0b0100000000000000 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0000000000000100) ? 0b0010000000000000 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0000000000001000) ? 0b0001000000000000 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0000000000010000) ? 0b0000100000000000 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0000000000100000) ? 0b0000010000000000 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0000000001000000) ? 0b0000001000000000 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0000000010000000) ? 0b0000000100000000 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0000000100000000) ? 0b0000000010000000 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0000001000000000) ? 0b0000000001000000 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0000010000000000) ? 0b0000000000100000 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0000100000000000) ? 0b0000000000010000 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0001000000000000) ? 0b0000000000001000 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0010000000000000) ? 0b0000000000000100 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b0100000000000000) ? 0b0000000000000010 : 0 ) | \
                            ( ((uint16_t)b & 0b1000000000000000) ? 0b0000000000000001 : 0 ) 
1
Natthapol Vanasrivilai
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define BIT0 (0x01)
#define BIT1 (0x02)
#define BIT2 (0x04)
#define BIT3 (0x08)
#define BIT4 (0x10)
#define BIT5 (0x20)
#define BIT6 (0x40)
#define BIT7 (0x80)

#define BYTE_TO_BINARY_PATTERN "%c%c%c%c%c%c%c%c\n"

#define BITETOBINARY(byte) \
(byte & BIT7 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT6 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT5 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT4 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT3 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT2 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT1 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT0 ? '1' : '0') \

#define BITETOBINARYREVERSE(byte) \
(byte & BIT0 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT1 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT2 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT3 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT4 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT5 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT6 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT7 ? '1' : '0') \



int main()
{

    int i,j,c;

    i |= BIT2|BIT7;

    printf("0x%02X\n",i);    

    printf(BYTE_TO_BINARY_PATTERN,BITETOBINARY(i));

    printf("Reverse");

    printf(BYTE_TO_BINARY_PATTERN,BITETOBINARYREVERSE(i));

   return 0;
}
0
Abhinav P

Я думаю, что это достаточно просто

uint8_t reverse(uint8_t a)
{
  unsigned w = ((a << 7) & 0x0880) | ((a << 5) & 0x0440) | ((a << 3) & 0x0220) | ((a << 1) & 0x0110);
  return static_cast<uint8_t>(w | (w>>8));
}

или же

uint8_t reverse(uint8_t a)
{
  unsigned w = ((a & 0x11) << 7) | ((a & 0x22) << 5) | ((a & 0x44) << 3) | ((a & 0x88) << 1);
  return static_cast<uint8_t>(w | (w>>8));
}
0
agbinfo

Я добавлю свое решение, так как пока не могу найти ничего подобного в ответах. Возможно, он немного перегружен, но генерирует таблицу подстановки, используя C++ 14 std::index_sequence во время компиляции.

#include <array>
#include <utility>

constexpr unsigned long reverse(uint8_t value) {
    uint8_t result = 0;
    for (std::size_t i = 0, j = 7; i < 8; ++i, --j) {
        result |= ((value & (1 << j)) >> j) << i;
    }
    return result;
}

template<size_t... I>
constexpr auto make_lookup_table(std::index_sequence<I...>)
{
    return std::array<uint8_t, sizeof...(I)>{reverse(I)...};   
}

template<typename Indices = std::make_index_sequence<256>>
constexpr auto bit_reverse_lookup_table()
{
    return make_lookup_table(Indices{});
}

constexpr auto lookup = bit_reverse_lookup_table();

int main(int argc)
{
    return lookup[argc];
}

https://godbolt.org/z/cSuWhF

0
K. Kirsz

Вот простое и удобочитаемое решение, переносимое на все совместимые платформы, в том числе с sizeof(char) == sizeof(int):

#include <limits.h>

unsigned char reverse(unsigned char c) {
    int shift;
    unsigned char result = 0;

    for (shift = 0; shift < CHAR_BIT; shift++) {
        result <<= 1;
        result |= c & 1;
        c >>= 1;
    }
    return result;
}
0
chqrlie
unsigned char c ; // the original
unsigned char u = // the reversed
c>>7&0b00000001 |
c<<7&0b10000000 |
c>>5&0b00000010 |
c<<5&0b01000000 |
c>>3&0b00000100 |
c<<3&0b00100000 |
c>>1&0b00001000 |
c<<1&0b00010000 ;

Explanation: exchanged bits as per the arrows below.
01234567
<------>
#<---->#
##<-->##
###<>###
0
Mahen
typedef struct
{
    uint8_t b0:1;
    uint8_t b1:1;
    uint8_t b2:1;
    uint8_t b3:1;
    uint8_t b4:1;
    uint8_t b5:1;
    uint8_t b6:1;
    uint8_t b7:1;
} bits_t;

uint8_t reverse_bits(uint8_t src)
{
    uint8_t dst = 0x0;
    bits_t *src_bits = (bits_t *)&src;
    bits_t *dst_bits = (bits_t *)&dst;

    dst_bits->b0 = src_bits->b7;
    dst_bits->b1 = src_bits->b6;
    dst_bits->b2 = src_bits->b5;
    dst_bits->b3 = src_bits->b4;
    dst_bits->b4 = src_bits->b3;
    dst_bits->b5 = src_bits->b2;
    dst_bits->b6 = src_bits->b1;
    dst_bits->b7 = src_bits->b0;

    return dst;
}
0
Tai-Yuan Fang
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    int i;
    unsigned char rev = 0x70 ; // 0b01110000
    unsigned char tmp = 0;

    for(i=0;i<8;i++)
    {
    tmp |= ( ((rev & (1<<i))?1:0) << (7-i));
    }
    rev = tmp;

    printf("%x", rev);       //0b00001110 binary value of given number
    return 0;
}
0
AHMED ANWAR