如何以滑动 window 的方式从 std::bitset 读取位并将它们转换为 int？

Question

我有 std::bitset，其中前 n 位设置为某些值。对于 std::bitset 中的每个 index，我想读取 m 位 (m < n) 并将它们转换为 int。 (index + m) > n的时候，我想环绕

例如，对于n = 6和m = 2：

std::bitset<8> my_bits {0b00101101}; // out of 8 bits, first 6 are set
// bit indexes            76543210

对于 my_bits 中的每一位 index 我想一次取 2 位并将它们转换为 int:

ind 0: 10 -> 1
ind 1: 01 -> 2
ind 2: 11 -> 3
ind 3: 10 -> 1
ind 4: 01 -> 2
ind 5: 11 -> 3 (wrapped around)

现在我有以下代码，它似乎可以工作（运行它 here）。我正在寻找更优雅的东西。

#include <iostream>
#include <bitset>
#include <cmath>
int main() {
    const std::bitset <8> my_bits {0b00101101};
    int n = 6;
    int m = 2;

    for (int n_ind = 0; n_ind < n; ++n_ind) {

        std::cout << "ind " << n_ind << " -> ";

        int exp_2 = 0;
        int res = 0;
        for (int m_i = 0; m_i < m; ++m_i) {
            int curr_ind = (n_ind + m_i) % n; // % n is for wrap-around
            res += my_bits[curr_ind] * std::pow(2, exp_2);
            exp_2++;
        }

        std::cout << "res: " << res << std::endl;
    }

    return 0;
}

编辑：我试着写下 Sam Varshavchik 的建议，但它似乎没有产生我想要的结果，我做错了什么？另外，我不知道如何在这种情况下实现 "wrap around"。

#include <iostream>
#include <bitset>
#include <cmath>

int main() {
    const std::bitset <8> my_bits {0b00101101};
    int n = 6;
    int m = 2;

    unsigned int mask = 0;
    for (int i = 0; i < m; ++i) {
        mask = (mask << 1) + 1;
    }

    int res = 0;
    for (int n_ind = 0; n_ind < n; ++n_ind) {

        int ind_t = n_ind % n;

        res <<= 1;
        res += my_bits[ind_t];
        res &= mask;

        std::cout << "ind " << ind_t << " -> ";
        std::cout << "res: " << res << std::endl;
        std::cout << "res after mask: " << std::bitset<32>(res) << std::endl; 
    }

    return 0;
}

Answer 1

写一个函数。封装算法。在实体中累积结果 return。并使用移位代替 std::pow.

#include <iostream>
#include <bitset>
#include <vector>

template<size_t N>
std::vector<int> convert_bitset_to_ints(const std::bitset<N>& bs, unsigned n, unsigned m) {
    std::vector<int> ret(n);

    for(size_t i = 0; i < n; ++i) {
        for (size_t j = 0; j < m; ++j) {
            ret[i] <<= 1;
            ret[i] |= bs[(i + j) % n];
        }
    }

    return ret;
}

int main() {
    const std::bitset <8> my_bits {0b00101101};
    auto v = convert_bitset_to_ints(my_bits, 6, 2);

    for (auto&& i : v) {
        std::cout << "res=" << i << " mask=" << std::bitset<2>(i) << "\n"; 
    }

    return 0;
}

Answer 2

我想展示一个基于 std::string 的附加解决方案。

不幸的是，std::bitset 不是那么强大并且提供的功能不多。但是，它至少有一个转换函数来生成一个std::string。请参阅 here。

有了它，我们立即拥有了所需的功能。因此，首先我们将使用所需的二进制数字构造一个字符串（使用 constructor number 3）。为了处理环绕，我们将简单地添加相同的字符串两次。然后 0b101101 将导致“101101101101”。

对于结果，我们简单地迭代原始字符串的子字符串。

请看下面的例子：

#include <iostream>
#include <bitset>
#include <string>

// Programm parameters
constexpr size_t NumberOfBits = 8U;
constexpr size_t n = 6;
constexpr size_t m = 2;

int main() {

    // The test data
    const std::bitset <NumberOfBits> myBits{ 0b00101101 };

    // Convert to binary string
    const std::string s(myBits.to_string(), NumberOfBits - n, n);

    // For easier handling of wrap-arounds we concatenate the string with itself --> 101101101101
    const std::string bitString = s + s;

    // Iterate over m-wide substrings and show converted result
    for (size_t i{}; i < n; ++i)
        std::cout << i + 1 << ".\t" << bitString.substr(i, m) << " --> " << std::stoul(bitString.substr(i, m), nullptr, 2) << '\n';

    return 0;
}

这很优雅，但没那么快。如果你想转换数十亿的数据，我会实现一个不同的算法，而不使用 std::bitset

如何以滑动 window 的方式从 std::bitset 读取位并将它们转换为 int？

How to read bits from std::bitset in a sliding window fashion and convert them to int?

c++

bit-manipulation

bitset