Конкатенация boost :: dynamic_bitset или std :: bitset

Question

Каков наилучший способ объединить 2 набора битов?

Например, у меня есть

boost::dynamic_bitset<> test1( std::string("1111") );
boost::dynamic_bitset<> test2( std::string("00") );

, они должны быть объединены в третий тест Bitset3, который затем содержит

111100 

Решения должны использовать boost :: dynamic_bitset.Если решение работает с std :: bitset, было бы неплохо.При объединении битов следует сосредоточиться на производительности.

ОБНОВЛЕНИЕ: я сравнил оба метода (метод строки от меня и Нейла и метод shift от посланника), и метод строки был намного быстрее (фактор 10 ++),Код здесь: http://pastebin.com/HfpfYfy8

Я надеюсь, что Pastebin подходит для размещения длинных списков кодов.Если есть лучший способ, пожалуйста, свяжитесь со мной.

Answer 1

Для стандартного набора битов, что-то вроде:

#include <bitset>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;

template <size_t N1, size_t N2 >
bitset <N1 + N2> concat( const bitset <N1> & b1, const bitset <N2> & b2 ) {
    string s1 = b1.to_string();
    string s2 = b2.to_string();
    return bitset <N1 + N2>( s1 + s2 );
}

int main() {
    bitset <4> a( string("1010") );
    bitset <2> b( string("11") );
    cout << concat( a, b ) << endl;
}

Answer 2

Я протестировал несколько решений, и кажется, что:

• старый добрый "for loop" самый быстрый
• битрейт намного быстрее, чем dynamic_bitset (не удивительно), если не требуется выделение памяти, накладные расходы ниже, но все еще существуют.
• Это может показаться очевидным, но непосредственное добавление набора битов к другому без создания нового - это быстрее.Это решение не подходит, если вам нужно сохранить первый набор битов без изменений (очевидно, тоже).
• 3 решения не дают одинакового результата, вам нужно выполнить некоторую настройку в зависимости от того, что вы хотите (см. Ниже)).

Вот мой тестовый код:

#include <iostream>
#include <bitset>
#include <boost/dynamic_bitset/dynamic_bitset.hpp>
#include "scul/PreciseTimer.h"

boost::dynamic_bitset<> concatOperatorsDyn( const boost::dynamic_bitset<>& bs1,const boost::dynamic_bitset<>& bs2)
{
    boost::dynamic_bitset<> bs1Copy(bs1);
    boost::dynamic_bitset<> bs2Copy(bs2);
    size_t totalSize=bs1.size()+bs2.size();
    bs1Copy.resize(totalSize);
    bs2Copy.resize(totalSize);
    bs1Copy<<=bs2.size();
    bs1Copy|=bs2Copy;
    return bs1Copy;
}

template<size_t sRes,size_t s1,size_t s2>
std::bitset<sRes> concatString( const std::bitset<s1>& bs1,const std::bitset<s2>& bs2)
{
    std::string s1=bs1.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >();
    std::string s2=bs2.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >();

    std::bitset<sRes> res(s1+s2);
    return res;
}

template<size_t sRes,size_t s1,size_t s2>
std::bitset<sRes> concatLoop( const std::bitset<s1>& bs1,const std::bitset<s2>& bs2)
{
    std::bitset<sRes> res;
    for(size_t i=0;i<s1;i++)
        res[i]=bs1[i];

    for(size_t i=0;i<s2;i++)
        res[i+s1]=bs2[i];
    return res;
}
boost::dynamic_bitset<> concatLoopDyn( const boost::dynamic_bitset<>& bs1,const boost::dynamic_bitset<>& bs2)
{
boost::dynamic_bitset<> res(bs1);
res.resize(bs1.size()+bs2.size());
    size_t bs1Size=bs1.size();
    size_t bs2Size=bs2.size();

    for(size_t i=0;i<bs2.size();i++)
        res[i+bs1Size]=bs2[i];
    return res;
}
boost::dynamic_bitset<> concatStringDyn( const boost::dynamic_bitset<>& bs1,const boost::dynamic_bitset<>& bs2)
{
    std::string s1;
    std::string s2;
    to_string(bs1,s1);
    to_string(bs2,s2);

    boost::dynamic_bitset<> res(s1+s2);
    return res;
}


template<size_t s1,size_t s2>
void injectLoop( std::bitset<s1>& bs1,const std::bitset<s2>& bs2,int start=s1-s2)
{
    for(size_t i=0;i<s2;i++)
        bs1[i+start]=bs2[i];
}


void injectLoopDyn( boost::dynamic_bitset<>& bs1,const boost::dynamic_bitset<>& bs2,int start)
{
    for(size_t i=0;i<bs2.size();i++)
        bs1[i+start]=bs2[i];
}

void testBitstream()
{
    const std::bitset<20> bs1(std::string("11111111110000000000"));
    std::bitset<30> bs1Bis(std::string("11111111110000000000"));
    const std::bitset<10> bs2(std::string("0000011111"));
    std::bitset<30> bs3;


    const boost::dynamic_bitset<> bs1D(std::string("11111111110000000000"));
    boost::dynamic_bitset<> bs1DBis(std::string("11111111110000000000"));
    bs1DBis.resize(30);
    const boost::dynamic_bitset<> bs2D(std::string("0000011111"));
    boost::dynamic_bitset<> bs3D;

    scul::PreciseTimer t;
    double d=0.;

    int nbIter=100;

    std::cout<<"Bitset concat with strings"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3=concatString<30,20,10>(bs1,bs2);
    d=t.stop();
    std::cout<<bs3.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >()<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;;


    std::cout<<"Bitset concat with loop"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3=concatLoop<30,20,10>(bs1,bs2);
    d=t.stop();
    std::cout<<bs3.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >()<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;

    std::cout<<"Bitset inject with loop"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        injectLoop<30,10>(bs1Bis,bs2);
    d=t.stop();
    std::cout<<bs1Bis.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >()<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;


    std::cout<<"Dynamicbitset concat with loop"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3D=concatLoopDyn(bs1D,bs2D);
    d=t.stop();
    std::string s;
    to_string(bs3D,s);
    std::cout<<s<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;


    std::cout<<"Dynamicbitset inject with loop"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        injectLoopDyn(bs1DBis,bs2D,20);
    d=t.stop();
    to_string(bs1DBis,s);
    std::cout<<s<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;

    std::cout<<"Dynamicbitset concat with operators"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3D=concatOperatorsDyn(bs1D,bs2D);
    d=t.stop();
    to_string(bs3D,s);
    std::cout<<s<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;


    std::cout<<"Dynamicbitset concat with strings"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3D=concatStringDyn(bs1D,bs2D);
    d=t.stop();
    to_string(bs3D,s);
    std::cout<<s<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;

}

Вот вывод, который я получаю с VS7.1 на моем компьютере:

Bitset concat with strings
111111111100000000000000011111
duration=0.000366713

Bitset concat with loop
000001111111111111110000000000
duration=7.99985e-006

Bitset inject with loop
000001111111111111110000000000
duration=2.87995e-006

Dynamicbitset concat with loop
000001111111111111110000000000
duration=0.000132158

Dynamicbitset inject with loop
000001111111111111110000000000
duration=3.19994e-006

Dynamicbitset concat with operators
111111111100000000000000011111
duration=0.000191676

Dynamicbitset concat with strings
111111111100000000000000011111
duration=0.000404152

ВыМожно заметить, что функция, которую я написал с использованием циклов, дает разные результаты.Это потому, что я написал тогда, чтобы поместить lsb второго набора битов после msb первого (lsb справа).С помощью функции string или "bit operator" вам просто нужно переключить параметры вызова.

Answer 3

Я провел тест, сравнивая следующие два подхода:

  /* ... */
  for( int ii = 0; ii < 1000000; ++ii ) {
    std::bitset<16> v1( randomUlongs[ii] );
    std::bitset<16> v2( randomUlongs[ii+1] );
#ifdef STRING_TEST
    std::bitset<32> v3( v1.to_string() + v2.to_string() );
#else
    std::bitset<32> v3( v2.to_ulong() | (v1.to_ulong() << 16) );
    /* print out v3 */
  }

... где randomUlongs был постоянным во время каждого прогона (большой массив в заголовке), чтобы избежать каких-либо загрязняющих результатов.Я рассчитал это с помощью:

~ time for ((ii=0; ii<1000; ii++)); do ./bitset_test >/dev/null; done

В Linux (x86_i686) с gcc 4.4.6 на уровне оптимизации 3: конкатенация строк была самой быстрой, с коэффициентом 2 *) с gcc 3.4.3 и Sun Studio C++ 5.12 (2011/11/16), оба с уровнем оптимизации 3: нестроковый подход был самым быстрым с коэффициентом 10.

Я думаю, вы обнаружите, что «самое быстрое» решение сильно зависит откомпилятор, хотя я полагаю, что платформа также может сыграть значительную роль.

Answer 4

Для начала я сам добавлю возможное решение.В следующем коде используется возможность создавать наборы битов с помощью std :: string и генерировать std :: string из набора битов.

#include <sstream>  // for std::ostringstream
#include <boost/dynamic_bitset.hpp>

boost::dynamic_bitset<> test1( std::string("1111") );
boost::dynamic_bitset<> test2( std::string("00") );

std::ostringstream bitsetConcat;
bitsetConcat << test1 << test2;
boost::dynamic_bitset<> test3( bitsetConcat.str() );

std::cout << test3 << std::endl;

Это работает, но должны быть другие, более производительные решения ...

Обновление:
Спасибо JC Leitão за его предложение по редактированию

Answer 5

Вот удар по решению. Не уверен, что он компилируется.

typedef boost::dynamic_bitset<> Bits;

Bits Concatenate(const Bits& first, const Bits& second)
{
    Bits value(first);

    //Increase the size of the bit buffer to fit the data being placed in it
    value.resize(first.size() + second.size());
    value <<= second.size();
    value |= second;
    return value;
}