计算 C++ 负数中 1 的位数答案

【问题标题】：Counting number of 1 bits in C++ negative number计算 C++ 负数中 1 的位数
【发布时间】：2015-11-20 09:09:12
【问题描述】：

如下函数：

int numOnesInBinary(int number) {
    int numOnes = 0;
    while (number != 0) {
        if ((number & 1) == 1) {
            numOnes++;
        }
        number >>= 1;
    }
    return numOnes;
}

只适用于正数，因为在负数的情况下，它总是在执行 >> 操作时将最左边的位加 1。在 Java 中我们可以使用 >>> 来代替，但是我们如何在 C++ 中做到这一点呢？我在一本书中读到我们可以在 C++ 中使用无符号整数，但我不明白为什么无符号整数不能表示负数。

【问题讨论】：

这是一个关于 C/C++ 的问题，所以这里离题了。
这是一个需要调用 C++ 实现的未定义行为的问题，因此只有该特定架构的编译器编写者才能回答。全面的 SE 题外话...
这不是题外话吗？
您不需要它来保存值并因此表示负值，您只需要保留位模式。
问题没有明确定义。 -1 中有多少个 1 位？ -1 的正确答案是什么？无穷大？

标签： c++ bit-manipulation bitcount

【解决方案1】：

将 number 转换为 unsigned int 并对其进行计数：

int numOnesInBinary(int number) {
    int numOnes = 0;
    unsigned int unumber = static_cast<unsigned int>(number);
    while (unumber != 0) {
        if ((unumber & 1) == 1) {
            numOnes++;
        }
        unumber >>= 1;
    }
    return numOnes;
}

【讨论】：

@ÍhorMé 您的编辑并没有带来任何实际的性能改进：godbolt.org/z/H9G7UX。它只会使代码更难理解。请不要进行此类编辑。
更高效的循环：while (unumber != 0) { numOnes += unumber & 1; unumber >>= 1;} 或 while (unumber != 0) { numOnes++; unumber &= unumber - 1; }
@chqrlie 我的评论针对的是建议此编辑的用户：stackoverflow.com/review/suggested-edits/22475520。不知道你在告诉我什么。
@idmean：对不起，我误读了你的评论，不知道上下文。正如我单独建议的那样，ÍhorMé 的编辑确实应该是一个评论。

【解决方案2】：

// How about this method, as hinted in "C Book" by K & R.
// Of course better methods are found in MIT hackmem   
// http://www.inwap.com/pdp10/hbaker/hakmem/hakmem.html  
//
int numOnesInBinary(int number) {
    int numOnes = 0;
    // Loop around and repeatedly clear the LSB by number &= (number -1).  
    for (; number; numOnes++, number &= (number -1));
    return numOnes;
}

【讨论】：

number - 1 如果n 的值为INT_MIN，则调用未定义的行为。

【解决方案3】：

无符号整数可以在一个简单的循环中计算位数。

如果我们谈论值，从有符号转换为无符号会产生无效结果：

char c = -127;
unsigned char u = (unsigned char)c; // 129

但如果我们只谈论形式，它并没有改变：

1 0 0 0 0 0 0 1 == decimal signed -127
1 0 0 0 0 0 0 1 == decimal unsigned 129

所以转换为 unsigned 只是一个 hack。

【讨论】：

【解决方案4】：

count 表示整数 n 中设置的位数如果整数的大小是 32 位，那么

int count =0;  

int n = -25 //(given)
for(int k=0;k<32;k++){
     if ((n >> k) & 1){
        count++;
     }
}

return  count;

【讨论】：

恐怕n >> k 对否定n 具有实现定义的行为。此外，如果 int 类型少于 32 位，则行为未定义，如果 int 类型大于 32 位，则行为对于正值不正确......您的方法不能以可移植方式解决问题。跨度>
@chqrlie n>>k 在 n 为负时定义，因为负值被存储为 2 的补码，并且代码对于负整数工作正常。值 32 对应于用户可以根据数据类型相应设置的位数，在我的情况下，我将整数设为 32 位（尽管它取决于机器）。
C17 6.5.7 位移位运算符 E1 >> E2 的结果是E1 右移E2 位位置。如果E1 具有无符号类型，或者E1 具有带符号类型和非负值，则结果的值是E1/2^E2 的商的整数部分。如果E1 具有带符号类型和负值，则结果值是实现定义的。即使可以断言负值表示为 2 的补码，标准也没有强制要求右移的语义. OP 没有指定 int 也有 32 位。