使用位操作将 8 字节数字中的每个字节转换为单个字节

Question

我有一个 64 位无符号整数。我想检查每个字节的第 6 位和 return 代表第 6 位的单个字节。

显而易见的 "brute force" 解决方案是：

inline const unsigned char Get6thBits(unsigned long long num) {
    unsigned char byte(0);
    for (int i = 7; i >= 0; --i) {
        byte <<= 1;
        byte |= bool((0x20 << 8 * i) & num);
    }

    return byte;
}

我可以将循环展开成一堆串联的 | 语句来避免 int 分配，但这仍然很难看。

有没有更快、更聪明的方法呢？也许使用位掩码来获取第 6 位，0x2020202020202020 然后以某种方式将其转换为字节？

Answer 1

如果 _pext_u64 是可能的（这将适用于 Haswell 和更新版本，但是在 Ryzen 上它非常慢），你可以这样写：

int extracted = _pext_u64(num, 0x2020202020202020);

这是一种真正的实现方式。 pext 接受一个值（第一个参数）和一个掩码（第二个参数），在掩码具有设置位的每个位置，它从值中获取相应的位，并将所有位连接起来。

_mm_movemask_epi8使用更广泛，你可以这样使用：

__m128i n = _mm_set_epi64x(0, num);
int extracted = _mm_movemask_epi8(_mm_slli_epi64(n, 2));

pmovmskb 获取其输入向量中每个字节的高位并将它们连接起来。我们要的位不是每个字节的高位，所以我用psllq向上移动了两位（当然你可以直接移位num）。 _mm_set_epi64x 只是将 num 变成向量的一些方法。

别忘了 #include <intrin.h>，none 已经过测试。

代码生成器seems reasonable enough

一个更奇怪的选项是用乘法收集位：（仅略微测试）

int extracted = (num & 0x2020202020202020) * 0x08102040810204 >> 56;

这里的想法是 num & 0x2020202020202020 只设置了很少的位，因此我们可以安排一个从不携带我们需要的位（或者根本不携带）的乘积。构造乘数来执行此操作：

a0000000b0000000c0000000d0000000e0000000f0000000g0000000h0000000 +
0b0000000c0000000d0000000e0000000f0000000g0000000h00000000000000 +
00c0000000d0000000e0000000f0000000g0000000h000000000000000000000 etc..

然后最高字节将所有位 "compacted" 放在一起。较低的字节实际上也有类似的东西，但它们缺少必须来自 "higher" 的位（位只能在乘法中向左移动）。

使用位操作将 8 字节数字中的每个字节转换为单个字节

Use bit manipulation to convert a bit from each byte in an 8-byte number to a single byte

c++

bit-manipulation

bitmask