将设置位移动到 64 位整数的末尾答案

【问题标题】：Moving set bits to the end of 64bits integer将设置位移动到 64 位整数的末尾
【发布时间】：2017-11-09 14:53:24
【问题描述】：

我正在开发一个函数，该函数将 64 位整数作为参数并返回一个 64 位整数，并在末尾包含所有设置位。

01011001 -> 00001111   // examples
00010100 -> 00000011

我首先想到了以下算法：

nb_ones = countSetBit(x)
int64 res = 1
for i from 1 to nb_ones+1:
    res |= (1 << i)

这里countSetBit就是defined here

还有什么更直接的吗？我正在使用 C++

【问题讨论】：

还有一个用于计数位tekpool.wordpress.com/2006/09/25/…
使用表格映射countSetBit是一种很直接的方式

标签： c++ algorithm bit-manipulation

【解决方案1】：

countSetBit 可能已经针对您的平台进行了优化。

要在末尾设置给定数量的 1，只需乘以 2 的下一个幂并减去 1。

nb_ones = countSetBit(x)
int64 res = nb_ones == 64 ? -1 : ((1 << nb_ones) - 1);

编辑：来自 MSalters 评论的不错的非分支解决方案：

int64_t res = ((1^(nb_ones>>6))<<nb_ones)-1;

（nb_ones 中的第 6 位是一个 if-and-only-if nb_ones==64）

【讨论】：

x == (int64)-1 的情况如何？因为1 << 64 会触发未定义的行为
是的，就像那样（有一个赞成票），但你确实需要检查边缘情况-1。
谢谢，已修复 O:)
有一个非分支解决方案：int64_t res = ((1^(nb_ones>>6))<<nb_ones)-1; - nb_ones 中的第 6 位是一个 if-and-only-if nb_ones==64。

【解决方案2】：

你可以避免循环：

const auto nb_ones = countSetBit(x)
if (nb_ones == 64) {
    return -1; // 0xFFFFFFFFFFFFFFFF;
} else {
    return (1u << nb_ones) - 1;
}

【讨论】：

͏+͏1͏。出于兴趣，你真的觉得0xFFFFFFFFFFFFFFFF 比-1 更清晰吗？还是我是一只奇怪的猫？

【解决方案3】：

计算所有位有点过大，因为大多数 CPU 都有针对零的有效测试。

所以，我们所做的就是使用它作为退出条件：

output = 0;
while (input != 0) {
  if (input & 1) output = (output<<1)+1;
  input >>= 1;
}

循环将输入向右移动，每当从input 移出一位时，就会向output 添加一个额外的位。显然，这向output 添加了与input 中一样多的位（可能为0，也可能为64）。但是output 中的位是连续的，因为output 仅在添加位时才会移位。

如果您的 CPU 具有位计数操作，那当然会更快。如果您要在 x86 或 ARM 程序集中实现这一点，您将使用 input&1 与 >>=1 移出的同一位这一事实。

【讨论】：

你迟到了，但这是最好的答案。投赞成票！

【解决方案4】：

由于您有几个有效的答案，当您实际要求一个直截了当的答案时，请有一个缓慢但概念上非常简单的答案： p>

uint64_t num(uint64_t x)
{
    // construct a base-2 string
    auto s = std::bitset<64>(x).to_string();
    // sort the 1s to the end
    std::sort(begin(s), end(s));
    // and convert it back to an integer
    return std::bitset<64>(s).to_ulong();
}

【讨论】：

这写得非常好，它向我展示了我实现了完全错误的东西。也有一个赞成票。
我仍然不知道 为什么 OP 想要这些位，或者它可能有用的地方 - 这可能就是为什么我花了几篇阅读也要弄清楚。

【解决方案5】：

我认为你只需一个循环就可以做到：

std::uint64_t bits_to_end(std::uint64_t n)
{
    std::uint64_t x = 0;

    for(std::uint64_t bit = 0, pos = 0; bit < 64; ++bit)
        if(n & (1ULL << bit))
            x |= (1ULL << pos++);

    return x;
}

【讨论】：