В C / C ++, какой самый простой способ изменить порядок бит в байте?

Question

Хотя существует несколько способов изменить порядок бит в байте, мне любопытно, что является "самым простым" для разработчика. И под реверсом я имею в виду:

1110 -> 0111
0010 -> 0100

Это похоже, но не дублирует этот вопрос PHP.

Это похоже, но не дублирует этот C вопрос. Этот вопрос задает самый простой метод для реализации разработчиком. «Лучший алгоритм» связан с производительностью памяти и процессора.

Answer 1

Это должно работать:

unsigned char reverse(unsigned char b) {
   b = (b & 0xF0) >> 4 | (b & 0x0F) << 4;
   b = (b & 0xCC) >> 2 | (b & 0x33) << 2;
   b = (b & 0xAA) >> 1 | (b & 0x55) << 1;
   return b;
}

Сначала левые четыре бита меняются местами с правыми четырьмя битами. Затем все смежные пары меняются местами, а затем все смежные отдельные биты. Это приводит к обратному порядку.

Answer 2

Я думаю, что таблица поиска должна быть одним из самых простых методов. Однако вам не нужна полная таблица поиска.

//Index 1==0b0001 => 0b1000
//Index 7==0b0111 => 0b1110
//etc
static unsigned char lookup[16] = {
0x0, 0x8, 0x4, 0xc, 0x2, 0xa, 0x6, 0xe,
0x1, 0x9, 0x5, 0xd, 0x3, 0xb, 0x7, 0xf, };

uint8_t reverse(uint8_t n) {
   // Reverse the top and bottom nibble then swap them.
   return (lookup[n&0b1111] << 4) | lookup[n>>4];
}

// Detailed breakdown of the math
//  + lookup reverse of bottom nibble
//  |       + grab bottom nibble
//  |       |        + move bottom result into top nibble
//  |       |        |     + combine the bottom and top results 
//  |       |        |     | + lookup reverse of top nibble
//  |       |        |     | |       + grab top nibble
//  V       V        V     V V       V
// (lookup[n&0b1111] << 4) | lookup[n>>4]

Это довольно просто кодировать и проверять визуально.
В конечном итоге это может быть даже быстрее, чем полный стол. Битовый ариф является дешевым, и таблица легко помещается в строку кэша.

Answer 3

Если вы говорите об одном байте, лучше всего подойдет поиск по таблице, если только по какой-то причине у вас нет 256 байтов.

Answer 4

См. битовый хакерский трюк для многих решений. Копирование оттуда, очевидно, просто в реализации. =)

Например (на 32-битном процессоре):

uint8_t b = byte_to_reverse;
b = ((b * 0x0802LU & 0x22110LU) | (b * 0x8020LU & 0x88440LU)) * 0x10101LU >> 16;

Если под «простым внедрением» подразумевается что-то, что можно сделать без ссылки на экзамене или собеседовании, то, вероятно, самой надежной ставкой будет неэффективное копирование битов один за другим в другую переменную в обратном порядке (уже показано в других ответах).

Answer 5

Поскольку никто не разместил полное решение по поиску в таблице, вот мое:

unsigned char reverse_byte(unsigned char x)
{
    static const unsigned char table[] = {
        0x00, 0x80, 0x40, 0xc0, 0x20, 0xa0, 0x60, 0xe0,
        0x10, 0x90, 0x50, 0xd0, 0x30, 0xb0, 0x70, 0xf0,
        0x08, 0x88, 0x48, 0xc8, 0x28, 0xa8, 0x68, 0xe8,
        0x18, 0x98, 0x58, 0xd8, 0x38, 0xb8, 0x78, 0xf8,
        0x04, 0x84, 0x44, 0xc4, 0x24, 0xa4, 0x64, 0xe4,
        0x14, 0x94, 0x54, 0xd4, 0x34, 0xb4, 0x74, 0xf4,
        0x0c, 0x8c, 0x4c, 0xcc, 0x2c, 0xac, 0x6c, 0xec,
        0x1c, 0x9c, 0x5c, 0xdc, 0x3c, 0xbc, 0x7c, 0xfc,
        0x02, 0x82, 0x42, 0xc2, 0x22, 0xa2, 0x62, 0xe2,
        0x12, 0x92, 0x52, 0xd2, 0x32, 0xb2, 0x72, 0xf2,
        0x0a, 0x8a, 0x4a, 0xca, 0x2a, 0xaa, 0x6a, 0xea,
        0x1a, 0x9a, 0x5a, 0xda, 0x3a, 0xba, 0x7a, 0xfa,
        0x06, 0x86, 0x46, 0xc6, 0x26, 0xa6, 0x66, 0xe6,
        0x16, 0x96, 0x56, 0xd6, 0x36, 0xb6, 0x76, 0xf6,
        0x0e, 0x8e, 0x4e, 0xce, 0x2e, 0xae, 0x6e, 0xee,
        0x1e, 0x9e, 0x5e, 0xde, 0x3e, 0xbe, 0x7e, 0xfe,
        0x01, 0x81, 0x41, 0xc1, 0x21, 0xa1, 0x61, 0xe1,
        0x11, 0x91, 0x51, 0xd1, 0x31, 0xb1, 0x71, 0xf1,
        0x09, 0x89, 0x49, 0xc9, 0x29, 0xa9, 0x69, 0xe9,
        0x19, 0x99, 0x59, 0xd9, 0x39, 0xb9, 0x79, 0xf9,
        0x05, 0x85, 0x45, 0xc5, 0x25, 0xa5, 0x65, 0xe5,
        0x15, 0x95, 0x55, 0xd5, 0x35, 0xb5, 0x75, 0xf5,
        0x0d, 0x8d, 0x4d, 0xcd, 0x2d, 0xad, 0x6d, 0xed,
        0x1d, 0x9d, 0x5d, 0xdd, 0x3d, 0xbd, 0x7d, 0xfd,
        0x03, 0x83, 0x43, 0xc3, 0x23, 0xa3, 0x63, 0xe3,
        0x13, 0x93, 0x53, 0xd3, 0x33, 0xb3, 0x73, 0xf3,
        0x0b, 0x8b, 0x4b, 0xcb, 0x2b, 0xab, 0x6b, 0xeb,
        0x1b, 0x9b, 0x5b, 0xdb, 0x3b, 0xbb, 0x7b, 0xfb,
        0x07, 0x87, 0x47, 0xc7, 0x27, 0xa7, 0x67, 0xe7,
        0x17, 0x97, 0x57, 0xd7, 0x37, 0xb7, 0x77, 0xf7,
        0x0f, 0x8f, 0x4f, 0xcf, 0x2f, 0xaf, 0x6f, 0xef,
        0x1f, 0x9f, 0x5f, 0xdf, 0x3f, 0xbf, 0x7f, 0xff,
    };
    return table[x];
}

Answer 6

template <typename T>
T reverse(T n, size_t b = sizeof(T) * CHAR_BIT)
{
    assert(b <= std::numeric_limits<T>::digits);

    T rv = 0;

    for (size_t i = 0; i < b; ++i, n >>= 1) {
        rv = (rv << 1) | (n & 0x01);
    }

    return rv;
}

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Преобразовал его в шаблон с дополнительным bitcount

Answer 7

Две строки:

for(i=0;i<8;i++)
     reversed |= ((original>>i) & 0b1)<<(7-i);

или если у вас есть проблемы с частью "0b1":

for(i=0;i<8;i++)
     reversed |= ((original>>i) & 1)<<(7-i);

"оригинал" - это байт, который вы хотите изменить. «обратный» - это результат, инициализированный до 0.

Answer 8

Хотя, вероятно, не переносимый, я бы использовал язык ассемблера.
Многие языки ассемблера имеют инструкции немного повернуть флаг переноса и повернуть флаг переноса в слово (или байт).

Алгоритм:

for each bit in the data type:
  rotate bit into carry flag
  rotate carry flag into destination.
end-for

Код языка высокого уровня для этого гораздо сложнее, потому что C и C ++ не поддерживают вращение для переноса и вращение для переноса. Флаг переноса должен быть смоделирован.

Редактировать: Язык ассемблера, например

;  Enter with value to reverse in R0.
;  Assume 8 bits per byte and byte is the native processor type.
   LODI, R2  8       ; Set up the bit counter
Loop:
   RRC, R0           ; Rotate R0 right into the carry bit.
   RLC, R1           ; Rotate R1 left, then append carry bit.
   DJNZ, R2  Loop    ; Decrement R2 and jump if non-zero to "loop"
   LODR, R0  R1      ; Move result into R0.

Answer 9

Я считаю следующее решение более простым, чем другие алгоритмы с битами, которые я видел здесь.

unsigned char reverse_byte(char a)
{

  return ((a & 0x1)  << 7) | ((a & 0x2)  << 5) |
         ((a & 0x4)  << 3) | ((a & 0x8)  << 1) |
         ((a & 0x10) >> 1) | ((a & 0x20) >> 3) |
         ((a & 0x40) >> 5) | ((a & 0x80) >> 7);
}

Он получает каждый бит в байте и соответственно смещает его, начиная с первого до последнего.

Пояснение:

   ((a & 0x1) << 7) //get first bit on the right and shift it into the first left position 
 | ((a & 0x2) << 5) //add it to the second bit and shift it into the second left position
  //and so on

Answer 10

Самый простой способ , вероятно, состоит в итерации по битовым позициям в цикле:

unsigned char reverse(unsigned char c) {
   int shift;
   unsigned char result = 0;
   for (shift = 0; shift < CHAR_BIT; shift++) {
      if (c & (0x01 << shift))
         result |= (0x80 >> shift);
   }
   return result;
}