C ++快速高效的方式對40字節數組執行bit_count和AND操作

Question

在我的項目中，我需要對兩個大小為40字節（320位）的二進制數組進行“與”運算，然后在C ++中計算設置的位數。 我找到了一些算法可以做到這一點，但是我想知道用c ++實現它的最快方法是什么。 我的意思是哪種c ++數據類型合適？（未使用char *，unsigned int 32，u_int64，...）。 我知道許多算法都與32位整數兼容，盡管我的數組大小為40個字節。

那么此鏈接中描述的算法又如何呢： 快速位計數技術哪一個更快？

是const類型更好還是沒有區別？

任何幫助將非常感激。

Answer 1

這是一次遍歷數組的版本，一次包含4個字節，需要10次迭代：

uint32_t *arr1_int = (uint32_t*) arr1;
uint32_t *arr2_int = (uint32_t*) arr2;
int i;
int bits_set = 0;

for (i = 0; i < 10; i++) {
    uint32_t v = arr1_int[i] & arr2_int[i];

    /* http://graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html#CountBitsSetParallel */
    v = v - ((v >> 1) & 0x55555555);                   
    v = (v & 0x33333333) + ((v >> 2) & 0x33333333);    
    bits_set += ((v + (v >> 4) & 0xF0F0F0F) * 0x1010101) >> 24;
}

使用現代CPU，您可以使用編譯器內在函數更快地完成此操作。 例如，在具有Visual C ++的64位CPU上：

#include <intrin.h>

__int64 *arr1_int = (__int64*) arr1;
__int64 *arr2_int = (__int64*) arr2;
int bits_set = 0;

/* 40 / 8 bytes == 5 iterations */
bits_set += __popcnt64(*arr1_int++ & *arr2_int++);
bits_set += __popcnt64(*arr1_int++ & *arr2_int++);
bits_set += __popcnt64(*arr1_int++ & *arr2_int++);
bits_set += __popcnt64(*arr1_int++ & *arr2_int++);
bits_set += __popcnt64(*arr1_int++ & *arr2_int++);

但這只是考慮到性能，如果您只是想要一些能正常工作的可讀代碼，就一定要遵循Rob的建議。

Answer 2

我的意思是哪種c ++數據類型合適？

std::bitset<320> 。

您想出的任何算法都應在速度和便利性上與該算法進行比較：

std::bitset<320> first;
std::bitset<320> other;

// twiddle bits here ...

std::bitset<320> and_result(first & other);
std::size_t number_of_bits(and_result.count());

如果替代方法的執行速度不快，則只需使用上述代碼即可。 它可以清楚地表達您的意圖，並避免以后出現維護麻煩。

Answer 3

這樣簡單的事情應該足夠快：

const uint8_t LUT[256] = { 0, 1, 1, 2, ..., 8 }; // pop count LUT for bytes

int count_bits(const uint8_t *a1, const uint8_t *a2, int n)
{
    int count = 0;

    for (int i = 0; i < n; ++i)
    {
        count += LUT[a1[i] & a2[i]];
    }
    return count;
}

每個字節有3個負載和2個ALU操作，即40字節用例的120個負載和80個ALU ops。

嘗試一下，對其進行概要分析，如果它不夠快，那么您可以查看可能更快的更復雜的解決方案。