#include <stdio.h>
#include <limits.h>
#include <stdint.h>
#include <assert.h>
#include <time.h> /**
* @brief 通过迭代查找1累加,多少位就循环多少次,简单明了也因此最慢。
* @param n :
* @return uint32_t:
*/
uint32_t iterated_popcnt(uint32_t n)
{
uint32_t count = ;
for(; n; n >>= )
count += n&1u;
return count;
} /**
* @brief 是对 iterated_popcnt 的改进,每次迭代总是将最右边的非零位置零。减法的妙用。
* 试想一下,一个仅最高位为1的整数,用此方法的话仅需一次迭代;而 iterated_popcnt 还是会“乖乖的”迭代64次。
* @param n :
* @return uint32_t:
*/
uint32_t sparse_popcnt(uint32_t n)
{
uint32_t count = ;
while(n)
{
++count;
n &= n-;
}
return count;
} uint32_t dense_popcnt(uint32_t n)
{
uint32_t count = CHAR_BIT * sizeof(uint32_t);
n ^= static_cast<uint32_t>(-);
while(n)
{
--count;
n &= n-;
}
return count;
} #ifdef USE_MACRO uint32_t lookup_popcnt(uint32_t n)
{
# define BIT2(n) n, n+, n+, n+
# define BIT4(n) BIT2(n), BIT2(n+), BIT2(n+), BIT2(n+)
# define BIT6(n) BIT4(n), BIT4(n+), BIT4(n+), BIT4(n+)
# define BIT8(n) BIT6(n), BIT6(n+), BIT6(n+), BIT6(n+) assert(CHAR_BIT == );
static const uint8_t TABLE[] = { BIT8() }; return
TABLE[(n ) & UCHAR_MAX] +
TABLE[(n>> ) & UCHAR_MAX] +
TABLE[(n>>) & UCHAR_MAX] +
TABLE[(n>>) & UCHAR_MAX];
} #else const size_t TBL_LEN = 1u << CHAR_BIT;
static uint8_t TABLE[TBL_LEN] = {}; uint32_t lookup_popcnt(uint32_t n)
{
uint8_t *p = reinterpret_cast<uint8_t*>(&n);
return TABLE[p[]] + TABLE[p[]] + TABLE[p[]] + TABLE[p[]];
} #endif /* USE_MACRO */ #define POW2(c) (1u << (c))
#define MASK(c) (UINT_MAX / (POW2(POW2(c)) + 1u))
#define COUNT(x, c) (((x) & MASK(c)) + (((x)>>POW2(c)) & MASK(c))) uint32_t parallel_popcnt(uint32_t n)
{
n = COUNT(n, );
n = COUNT(n, );
n = COUNT(n, );
n = COUNT(n, );
n = COUNT(n, );
// n = COUNT(n, 5); for 64-bit integers
return n;
} #define MASK_01010101 (((unsigned int)(-1))/3)
#define MASK_00110011 (((unsigned int)(-1))/5)
#define MASK_00001111 (((unsigned int)(-1))/17) /**
* @brief 一个2位数 ab = 2a + b
* 第1步相当于: b + a
*
* 如果是4位数 abcd = (2a + b)<<2 + (2c + d)
* 第1步相当于: (a + b)<<2 + (c + d)
* 第2步相当于: (a + b + c + d)
*
* 如果是8位数 abcd efgh
* 第2步相当于: (a + b + c + d)<<4 + (e + f + g + h)
* 第3步相当于: sum(a:h)
*
* 如果是16位数 a~h i~p
* 第3步相当于 sum(a:h)<<8 + sum(i:p)
*
* 这里用到一个结论:一个K进制的数 取模 (K-1) 的结果是K进制的各位数相加后再取模 (K-1)
* 所以迭代了3次相当于把 n 视为一个256进制的数(8位为一组)
* 而每组最多有8个1,所以可以最多 256/8 = 32组,也就是最大255位二进制
*
* 只是取模运算内耗多少就不得而知了。
*
* @param n :
* @return uint32_t:
*/
uint32_t nifty_popcnt(uint32_t n)
{
n = (n & MASK_01010101) + ((n>>) & MASK_01010101);
n = (n & MASK_00110011) + ((n>>) & MASK_00110011);
n = (n & MASK_00001111) + ((n>>) & MASK_00001111);
return n% ;
} /**
* @brief 如果是2位数: ab = 2a + b
* 第1步相当于: ab = (2a + b) - a = a + b
*
* 如果是4位数: abcd
* 第1步相当于: abcd = (a + b)<<2 + (c + d)
* 第2步相当于: abcd = sum(a:d)
*
* 如果是16位数: a~h i~p
* 第3步相当于: a~p = sum(a:h)<<8 + sum(i:p)
* 第4步相当于: a~p = sum(a:p)
*
* 如果是32位数: a~p p~a
* 第4步相当于: a~p p~a = sum(a:p)<<16 + sum(p:a)
* 第5步相当于: sum(a:p) + sum(p:a)
* @param n :
* @return uint32_t:
*/
uint32_t hacker_popcnt(uint32_t n)
{
n -= (n>>) & 0x55555555;
n = (n & 0x33333333) + ((n>>) & 0x33333333);
n = ((n>>) + n) & 0x0F0F0F0F;
n += n>>;
n += n>>;
return n & 0x0000003F;
} /* HAKMEM Popcount
Consider a 3 bit number as being
4a+2b+c
if we shift it right 1 bit, we have
2a+b
subtracting this from the original gives
2a+b+c
if we shift the original 2 bits right we get
a
and so with another subtraction we have
a+b+c
which is the number of bits in the original number.
Suitable masking allows the sums of the octal digits in a 32 bit number to
appear in each octal digit. This isn't much help unless we can get all of
them summed together. This can be done by modulo arithmetic (sum the digits
in a number by molulo the base of the number minus one) the old "casting out
nines" trick they taught in school before calculators were invented. Now,
using mod 7 wont help us, because our number will very likely have more than 7
bits set. So add the octal digits together to get base64 digits, and use
modulo 63. (Those of you with 64 bit machines need to add 3 octal digits
together to get base512 digits, and use mod 511.) This is HACKMEM 169, as used in X11 sources.
Source: MIT AI Lab memo, late 1970's.
*/
uint32_t hakmem_popcnt(uint32_t n)
{
uint32_t tmp = n - ((n>>)&) - ((n>>)&);
return ((tmp+(tmp>>)) & ) % ;
} uint32_t assembly_popcnt(uint32_t n)
{
/*
asm("popcnt %0,%%eax"::"r"(n)); // Intel style
__asm popcnt eax,n; // AT&T style The two instructions above are functionally equivalent, and both will
generate warning "no return statement" if you enable all the warnings.
A caveat applies here: Don't clobber your registers!
What, unfamiliar with inline assembly code?
It's time to get your hands dirty.
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/4ks26t93(v=vs.110).aspx
http://www.ibiblio.org/gferg/ldp/GCC-Inline-Assembly-HOWTO.html
*/ #ifdef _MSC_VER /* use Intel style assembly */
__asm popcnt eax,n;
// The function does return a value in EAX #elif __GNUC__ /* use AT&T style assembly */ register int result; // Hey, it's my first time to use the keyword register!
asm("popcnt %1,%0":"=r"(result):"r"(n)); // probably generates "popcnt eax,eax"
return result; #else
# error "which assembly style does your compiler support, Intel or AT&T?"
#endif
} int main(void)
{
#if !defined(USE_MACRO)
// generate the table algorithmically
for(size_t i = ; i < TBL_LEN; ++i)
TABLE[i] = TABLE[i>>] + (i&);
#endif typedef uint32_t (*FUNC_POPCNT)(uint32_t); const struct Pair
{
FUNC_POPCNT pfunc;
const char* name;
} METHOD[] =
{
#define ELEMENT(n) {(n), #n}
ELEMENT(iterated_popcnt),
ELEMENT( sparse_popcnt),
ELEMENT( dense_popcnt),
ELEMENT( lookup_popcnt),
ELEMENT(parallel_popcnt),
ELEMENT( nifty_popcnt),
ELEMENT( hacker_popcnt),
ELEMENT( hakmem_popcnt),
ELEMENT(assembly_popcnt)
#undef ELEMENT
}; const uint32_t NUM = 0x10000000;//0xDEADBEAF;
printf("after iterating %u times,\n", NUM); time_t start, stop;
for(uint32_t i=; i<sizeof(METHOD)/sizeof(METHOD[]); ++i)
{
start = clock();
for(uint32_t j = ; j < NUM; ++j)
METHOD[i].pfunc(j); stop = clock();
double elapsed_time = static_cast<double>(stop - start)/CLOCKS_PER_SEC/NUM; printf("%u. method %15s uses %gs\n", i, METHOD[i].name, elapsed_time);
} return ;
}
/*
http://resnet.uoregon.edu/~gurney_j/jmpc/bitwise.html
*/
#define BITCOUNT(x) (((BX_(x)+(BX_(x)>>4)) & 0x0F0F0F0F) % 255)
#define BX_(x) ((x) - (((x)>>1)&0x77777777) - (((x)>>2)&0x33333333) - (((x)>>3)&0x11111111))

以一个4bit的数据x = abcd为例,其中a~d为0或1。

x        = 8a + 4b + 2c+ d

x>>1 = 4a + 2b + c

x>>2 = 2a + b

x>>3 = a

BX_(x) = x - (x>>1) - (x>>2) - (x>>3) = a + b + c +d

所以,BX_(X) 可以看作低4位的BIT_COUNT运算。

进一步,如果是一个8位的ABCD0000进行BX_()运算:

BX_(ABCD0000) = ABCD0000 - (ABC 0000) - (AB 0000) - (A 0000)

= (A+B+C+D)<<4

所以,写到这里BX_(x)的功能基本既可以猜出来了,它以4bit为一个单位进行BIT_COUNT,在此基础上16进制。

上例中BX_(x)最多可以支持0xffff_ffff,即32位的数据

那么可以猜测一下,BITCOUNT()应该实现如下功能:

BITCOUNT(x) = sum( 0x000_000f & (BX_(x) >> (i*4)) ),其中sum()表示求和运算,i的取值为0~7。

下面来看BITCOUNT(x)的定义,比较简单:

#define BITCOUNT(x) (((BX_(x)+(BX_(x)>>4)) & 0x0F0F0F0F) % 255)

先来假设x是一个8位的数,上式就括号里有作用,显然成立,相当于:

#define BITCOUNT(x) (BX_(x)+(BX_(x)>>4)

再来看如果x是一个16位的数,比如abcd,其中a~d代表一个4bit的数。

并且BX_(abcd) = efgh, BITCOUNT 应该等于 e+f+g+h。

则BITCOUNT(abcd) = ((efgh + 0efg ) & 0x0f0f) %0xff

= 0j0k % 0xff ,其中j= e+f, k = g+h

         = j+k = e+f+g+h,得证。

如果,x是一个32位的数呢,比如ijkl_mnop,则BX_(ijkl_mnop)=abcd_efgh,需要证明 BITCOUNT = sum(a,h)

BITCOUNT(x) = ((abcd_efgh + 0abc_defg) & 0x0f0f_0f0f) % 0xff

= 0q0r0s0t % 0xff, 其中 q=a+b,r=c+d, s=e+f, t=g+h

= q+r+s+t = sum(a,h),从而得证。

可以进一步思考,仅从BX_(x)的0x77777777等考虑支持32位数据,但从取余255考虑那该支持多少位呢,哈哈。

ultis, BIT(x), BITCOUNT(x)的更多相关文章

  1. redis bitcount variable-precision swar算法

    花了不到一周的时间看完了一本reids设计与实现的书,感觉整体的设计有些地方的确很巧妙,各个结构之间联系的非常紧密,但是很简单,逻辑性的没有太多,但是学到了一个bitcount计数1的方法比较巧妙,记 ...

  2. Redis学习笔记二 (BitMap算法分析与BitCount语法)

    Redis学习笔记二 一.BitMap是什么 就是通过一个bit位来表示某个元素对应的值或者状态,其中的key就是对应元素本身.我们知道8个bit可以组成一个Byte,所以bitmap本身会极大的节省 ...

  3. 统计bytearray中的bitcount

    给定一个byte数组,要求统计byte数组的bitcount,也就是byte数组中为1的位的个数. Redis提供了位数组数据结构,位数组是相对独立的一个程序,在<Redis设计与实现>( ...

  4. Java源码解释之Integer.bitCount

    Java中的Integer.bitCount(i)的返回值是i的二进制表示中1的个数.源码如下: public static int bitCount(int i) { // HD, Figure 5 ...

  5. JDK源码 Integer.bitCount(i)

    1.问题:输入一个整数,输出该数二进制表示中1的个数.其中负数用补码表示. 2.解决方法很多,JDK提供了一种,如下图 /** * Returns the number of one-bits in ...

  6. MIT HAKMEM算法-BitCount算法

    MIT HAKMEM算法 1.问题来源 牛客刷题 问题描述: #include <iostream> using namespace std; unsigned int fib(int n ...

  7. Java源码 Integer.bitCount实现过程

    public static int bitCount(int i) { // HD, Figure 5-2 i = i - ((i >>> 1) & 0x55555555); ...

  8. redis 命令 setbit、bitcount、getbit、bitop

    1.SETBIT key offset value 对 key 所储存的字符串值,设置或清除指定偏移量上的位(bit). 在redis中,存储的字符串都是以二级制的进行存在的. 举例: 设置一个 ke ...

  9. redis中setbit bitcount命令详解

    bitmap,位图,即是使用bit. redis字符串是一个字节序列. 1 Byte = 8 bit SETBIT key offset value 设置或者清空key的value(字符串)在offs ...

随机推荐

  1. PHP FILTER_SANITIZE_SPECIAL_CHARS 过滤器

    定义和用法 FILTER_SANITIZE_SPECIAL_CHARS 过滤器对特殊字符进行 HTML 转义. 该过滤器用于转义 "<>& 以及 ASCII 值在 32 ...

  2. PHP ftp_get() 函数

    定义和用法 ftp_get() 函数从 FTP 服务器上下载一个文件并保存到本地一个文件中. 如果成功,该函数返回 TRUE.如果失败,则返回 FALSE. 语法 ftp_get(ftp_connec ...

  3. 【LeetCode 23】合并K个排序链表

    题目链接 [题解] 会归并排序吧? 就把这K个链表当成是K个数字就好. 然后做归并排序. 因为归并排序的时候本来就会有这么一个过程. [l..mid]和[mid+1..r]这两段区间都是有序的了已经. ...

  4. 3-基于LoG的特征检测子

  5. NOIp2018集训test-10-21 (联考六day1)

    今天被高一狂踩,两个手抖,t1一个1写成2,t3一个+=写成=,所谓失之毫厘谬以千里,直接丢了50分. 完全背包 看到背包体积如此之大物品体积如此之小容易很想到贪心,肯定要先加很多很多的性价比最高的最 ...

  6. python实现收邮件判断模块poplib,email

    一.代码 # 输入邮件地址, 口令和POP3服务器地址: import datetime import email import poplib import email.policy from ema ...

  7. 表单序列化+ajax跨域提交

    php后台代码: use cmf\controller\HomeBaseController; use think\Db; header('Access-Control-Allow-Origin:*' ...

  8. Apache POI环境设置

    本章将指导完成Apache POI在Windows和Linux系统为基础的设置过程. Apache POI可以轻松地安装和集成,下面没有任何复杂的设置过程,通过几个简单步骤,目前Java环境,用户管理 ...

  9. Gradle安装配置(Windows)

    在本教程中,我们将学习 Gradle 的安装,对于一个初学者,有时安装开发环境也是一个比较麻烦的问题.如果按照 Gradle 官方网站的说明安装,则可能会遇到一些麻烦,有时还要在互联网上做一些搜索,查 ...

  10. 时间同步服务器NTP搭建

    NTP服务器        NTP(Network Time Protocol)[网络时间协议],它是用来同步网络中各个计算机的时间的协议,它可以提供高精准度的时间校正(LAN上与标准间差小于1毫秒, ...