根据许多掩码拆分一个比特流的有效方法？

Question

我正在尝试制作一个Inverse Multiplexer，它可以根据一些掩码将一个比特流分成多个。

这是想法示例

这是一个24位的流，每个字母代表1位：

abcdefgh ijklmnop qrstuvwx

给定三个个掩码，每个掩码没有共同点，如果 & 一起是 [1,1,1,1,1,1,1,1]

[1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1]
[0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0]

像这样将这些掩码应用于流

stream1 = ab__e___ ij__m___ qr__u___
stream2 = __c___gh __k___op __s___wx
stream3 = ___d_f__ ___l_n__ ___t_v__

所以原始比特流被分成三个比特流，如下所示：

stream1 = abeijmqru
stream2 = cghkopswx
stream3 = dflntv

以上只是一个例子，我需要对给定的比特流应用任意数量的掩码。保证口罩彼此之间具有OR 的零结果。将AND 应用于所有掩码，结果为 ONE。所有掩码的长度相同。

我写了一个愚蠢的版本来蛮力这个想法，基本上是在循环中逐位移动。认为它肯定没有效率。

我查看了这个http://graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html

没有线索。任何人都有更好的想法如何改善这一点？ （在 x86 机器上）

Answer 1

我想既然你只有一个对应于单个“流”的位，那么你可以同时移动所有这些并查看“这属于哪个流”。这将允许适度数量的并行实现——尽管这将在一定程度上取决于架构和掩码的大小，这将是多么有效。它还取决于您希望执行此操作的频率 - 一定数量的预计算将使后续运行更有效率。听起来确实有点蛮力。可能不会比你已经做过的更好。

当然，有一个可爱的问题Extracting bits with a single multiplication（我写了公认的答案……），它提出了一种通过单次乘法从较大数字中提取某些位的方法。这种方法确实有一个缺点，即您不能对任意数量的设置位执行此操作 - 两者之间需要有多个空格。

原则上，这可以通过重复该过程两次或更多次，并在其间应用额外的掩码来解决。让我们看看这仅适用于上述问题中的第一个掩码。

mask1 = 11001000
num =   abcdefgh
temp = num & mask1 = ab..e...
magic = 4 + 1
answer =     ab..e... 
           ab..e..... + 
           ------------
           ababe.e...
mask2 =    0011100000
ans & mask = abe.....

这会将您想要的三位数字放入前三位，使用掩码乘掩码（3 次操作）。对于八位数字来说效率不是很高；但你可以将其扩展为 32 位数字，然后它开始看起来更有趣。

Answer 2

如果每个位只映射到一个输出流，我认为定义这些位分配给哪些输出流比使用掩码更有意义。例如，您的示例掩码

[1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1]
[0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0]

将改为表示为输出流以将当前位分配给

[0, 0, 1, 2, 0, 2, 1, 1]

还有一些伪代码将其绑定在一起

stream_order = [0, 0, 1, 2, 0, 2, 1, 1]
index = 0
for bit in input_stream:
    n = stream_order[index]
    output_streams[n].push(bit)
    index++
    index %= len(stream_order)