是否有內置函數來反轉位順序

Question

我想出了幾種手動方法來做到這一點，但我一直想知道是否有內置的 .NET 可以做到這一點。

基本上，我想反轉一個字節中的位順序，以便最低有效位成為最高有效位。

例如：1001 1101 = 9D 會變成 1011 1001 = B9

如果遵循以下偽代碼，則其中一種方法是使用按位運算：

for (i = 0; i<8; i++)
{
  Y>>1
  x= byte & 1
  byte >>1
  y = x|y;
}

我想知道某處是否有一個函數可以讓我在一行中完成所有這些。 另外，你知道這種手術的術語嗎，我確定有一個，但我現在想不起來了。

謝謝

Answer 1

我決定做一些關於逆向方法的性能測試。

使用Chad 的鏈接，我編寫了以下方法：

public static byte[] BitReverseTable =
{
    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
};
public static byte ReverseWithLookupTable(byte toReverse)
{
    return BitReverseTable[toReverse];
}
public static byte ReverseBitsWith4Operations(byte b)
{
    return (byte)(((b * 0x80200802ul) & 0x0884422110ul) * 0x0101010101ul >> 32);
}
public static byte ReverseBitsWith3Operations(byte b)
{
    return (byte)((b * 0x0202020202ul & 0x010884422010ul) % 1023);
}
public static byte ReverseBitsWith7Operations(byte b)
{
    return (byte)(((b * 0x0802u & 0x22110u) | (b * 0x8020u & 0x88440u)) * 0x10101u >> 16);
}
public static byte ReverseBitsWithLoop(byte v)
{
    byte r = v; // r will be reversed bits of v; first get LSB of v
    int s = 7; // extra shift needed at end
    for (v >>= 1; v != 0; v >>= 1)
    {
        r <<= 1;
        r |= (byte)(v & 1);
        s--;
    }
    r <<= s; // shift when v's highest bits are zero
    return r;
}
public static byte ReverseWithUnrolledLoop(byte b)
{
    byte r = b;
    b >>= 1;
    r <<= 1;
    r |= (byte)(b & 1);
    b >>= 1;

    r <<= 1;
    r |= (byte)(b & 1);
    b >>= 1;

    r <<= 1;
    r |= (byte)(b & 1);
    b >>= 1;

    r <<= 1;
    r |= (byte)(b & 1);
    b >>= 1;

    r <<= 1;
    r |= (byte)(b & 1);
    b >>= 1;

    r <<= 1;
    r |= (byte)(b & 1);
    b >>= 1;

    r <<= 1;
    r |= (byte)(b & 1);
    b >>= 1;

    return r;
}

---

然后我測試了一下，結果如下：

測試功能：

• 100000000 隨機字節反轉
• 操作系統：Windows 7 x64
• CPU：AMD Phenom II 955（4 核 @ 3.2 GHz）
• 內存：4GB
• IDE：Visual Studio 2010

目標框架 3.5

-----------------------------------------------------
|    Method     | Ticks(x64 mode) | Ticks(x86 mode) |
-----------------------------------------------------
| Loop          |   4861859       |   4079554       |
| Unrolled Loop |   3241781       |   2948026       |
| Look-up table |   894809        |   312410        |
| 3-Operations  |   2068072       |   6757008       |
| 4-Operations  |   893924        |   1972576       |
| 7-Operations  |   1219189       |   303499        |
-----------------------------------------------------

目標框架 4

-----------------------------------------------------
|    Method     | Ticks(x64 mode) | Ticks(x86 mode) |
-----------------------------------------------------
| Loop          |   4682654       |   4147036       |
| Unrolled Loop |   3154920       |   2851307       |
| Look-up table |   602686        |   313940        |
| 3-Operations  |   2067509       |   6661542       |
| 4-Operations  |   893406        |   2018334       |
| 7-Operations  |   1193200       |   991792        |
-----------------------------------------------------

所以，查表方法並不總是最快的 :)

這可能是合理的，因為內存訪問比 CPU 寄存器訪問慢，所以如果某些方法被編譯和優化到足以避免內存訪問（並執行少量操作），它會更快。 （不管怎樣，CPU mem 緩存極大地縮小了差距）

看到 x64 或 x86 模式下的不同行為以及 3.5 和 4.0 框架如何執行不同的優化也很有趣。

Answer 2

不，BCL 中沒有任何內容。

但是，假設你想要一些快速的東西：

• 由於只有 8 位，因此需要展開循環（使用 4 個語句而不是 for 循環）。

• 要獲得更快的解決方案，請創建一個 256 個條目的查找表。

您當然可以將這兩種方法都包裝在一個函數中，這樣用法只需要 1 個語句。

我找到了一個解決這個問題的頁面。

Answer 3

您可以遍歷位並以相反的順序獲取它們：

public static byte Reverse(this byte b)
{
    int a = 0;
    for (int i = 0; i < 8; i++)
        if ((b & (1 << i)) != 0)
            a |= 1 << (7- i);
    return (byte)a;
}

Answer 4

您可以在fxtbook 中找到位旋轉算法。 第 1.14 章給出了這些位交換算法：

    static uint bitSwap1(uint x) {
        uint m = 0x55555555;
        return ((x & m) << 1) | ((x & (~m)) >> 1);
    }
    static uint bitSwap2(uint x) {
        uint m = 0x33333333;
        return ((x & m) << 2) | ((x & (~m)) >> 2);
    }
    static uint bitSwap4(uint x) {
        uint m = 0x0f0f0f0f;
        return ((x & m) << 4) | ((x & (~m)) >> 4);
    }

這使您的字節值位反轉：

    public static byte swapBits(byte value) {
        return (byte)(bitSwap4(bitSwap2(bitSwap1(value))));
    }

x86 JIT 編譯器在優化此代碼方面做得並不好。 如果速度很重要，那么您可以使用它來初始化 byte[] 以使其快速查找。

Answer 5

使用@Chads 鏈接

byte b; 
b = 0x9D;
b = (byte)((b * 0x0202020202 & 0x010884422010) % 1023); 

編輯：忘記演員表

Answer 6

請參閱此全面的位操作技巧，即您想要“使用 3 次操作（64 位乘法和模除法）反轉字節中的位”

int lVal = 0x9D;
int lNewVal = (int)((((ulong)lVal * 0x0202020202UL) & 0x010884422010UL) % 1023);
System.Diagnostics.Debug.WriteLine(string.Format("{0:X2}", lNewVal));

當您運行它時，您會發現該值被反轉為 0xB9。

Answer 7

private UInt32 BitReverse(UInt32 value)
{
  UInt32 left = (UInt32)1 << 31;
  UInt32 right = 1;
  UInt32 result = 0;

  for (int i = 31; i >= 1; i -= 2)
  {
    result |= (value & left) >> i;
    result |= (value & right) << i;
    left >>= 1;
    right <<= 1;
  }
  return result;
}

Answer 8

10年后。 但我希望這對某人有所幫助。 我做了這樣的反向操作：

byte Reverse(byte value)
{
    byte reverse = 0;
    for (int bit = 0; bit < 8; bit++)
    {
        reverse <<= 1;
        reverse |= (byte)(value & 1);
        value >>= 1;
    }

    return reverse;
}