使用特定索引分配位的好方法是什么？

Question

这个问题：

How do you set, clear, and toggle a single bit?

讨论了对较大值内特定位的三个操作，它们以直接的方式对应于该位上的 OR 1、AND 0 和 XOR 1。但是，如果我们事先不知道第二位的值怎么办？如果我们想要执行一个赋值，而我们在编译时不知道另一个操作数位怎么办？也就是说，我们想在某个位块的某个位置设置一个位为运行时提供的一个新的无关位的值？

我希望在英特尔 x86_64 上实现最快的实现（并忽略矢量化，我希望这与此无关）。另外，为简单起见，假设位块类型为uint32_t。

编辑：我的答案是 C 而不是 C++，因为这个问题真的没有 C++ 风格。

Answer 1

对于 32 位块类型，这里有两种可能的实现方式：

#include <cstdint>

uint32_t bit_assign_v1(uint32_t block, uint8_t bit_index, bool x)
{
    uint32_t mask = uint32_t { 1 } << bit_index;
    return (block & ~mask) | (((uint32_t) x) << bit_index);
}

uint32_t bit_assign_v2(uint32_t block, uint8_t bit_index, bool x)
{
    uint32_t mask = uint32_t { 1 } << bit_index;
    return x ? (block & ~mask) : (block | mask);
}

使用 GodBolt，我为这两个选项中的每一个都获得了不同优化的代码，随着我们更改平台和编译器，这些代码也会有所不同。这是 Skylake 的 example（或者更好的是，请查看 this version，它是相同的代码，但拆分为更多的 C 语句，以便您可以更好地将程序集与 C 代码相关联）。

GCC 8.2 汇编：

bit_assign_1:
        movzx   eax, sil
        btr     edi, eax
        movzx   edx, dl
        shlx    eax, edx, eax
        or      eax, edi
        ret
bit_assign_2:
        mov     ecx, 1
        shlx    esi, ecx, esi
        andn    eax, esi, edi
        or      esi, edi
        test    dl, dl
        cmove   eax, esi
        ret

clang 7.0 程序集：

bit_assign_1:                           # @bit_assign_1
        btr     edi, esi
        shlx    eax, edx, esi
        or      eax, edi
        ret
bit_assign_2:                           # @bit_assign_2
        mov     eax, edi
        btr     eax, esi
        bts     edi, esi
        test    edx, edx
        cmovne  edi, eax
        mov     eax, edi
        ret

我还没有对此进行任何基准测试。