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ビット順序を逆にする組み込み関数はありますか

私はこれを行うためのいくつかの手動の方法を考え出しましたが、これを行う組み込みの.NETがあるかどうか疑問に思っています。

基本的に、バイトのビット順序を逆にして、最下位ビットが最上位ビットになるようにします。

例：1001 1101 = 9Dは1011 1001 = B9になります

これを行う方法の1つは、次の疑似コードに従う場合、ビットごとの演算を使用することです。

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

1行1行でこれをすべて行うことができる関数がどこかにあるのだろうか。また、そのような操作の用語を知っていますか？確かにあるはずですが、今のところ覚えていません。

ありがとう

c#.netbitwise-operators
31
Roast

方法を逆にすることについていくつかのパフォーマンステストを行うことにしました。

チャドのリンク を使用して、以下のメソッドを作成しました。

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;
}

それから私はそれをテストしました、そしてここに結果があります：

テスト機能：

  • 反転する100000000ランダムバイト
  • OS：Windows 7 x64
  • CPU：AMD Phenom II 955（4コア@ 3.2 GHz）
  • RAM：4GB
  • IDE：Visual Studio 2010

ターゲットフレームワーク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        |
-----------------------------------------------------

ターゲットフレームワーク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        |
-----------------------------------------------------

したがって、ルックアップテーブル方式が常に最速であるとは限りません:)

メモリアクセスはCPUレジスタアクセスよりも遅いため、これは妥当な場合があります。そのため、memアクセスを回避する（およびいくつかの操作を行う）ためにいくつかのメソッドがコンパイルおよび最適化されている場合は、より高速です。 （とにかく、ギャップはCPUメモリキャッシングによって大幅に減少します）

X64またはx86モードの場合の異なる動作、および3.5および4.0フレームワークがどのように異なる最適化を実行するかを確認することも興味深いです。

44
digEmAll

いいえ、BCLには何もありません。

しかし、あなたが何かを速くしたいと仮定すると：

  • 8ビットしかないので、ループをアンロールすることは価値があります（forループの代わりに4つのステートメントを使用します）。

  • さらに高速なソリューションとして、256エントリのルックアップテーブルを作成します。

もちろん、両方のメソッドを関数にラップして、使用法が1つのステートメントだけを取るようにすることもできます。

この問題について ページ が見つかりました。

14
Henk Holterman

fxtbook でビットいじりアルゴリズムを見つけることができます。 1.14章では、これらのビット交換アルゴリズムを示します。

    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);
    }

これにより、バイト値がビット反転します。

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

X86 JITコンパイラーは、このコードを最適化する素晴らしい仕事をしません。速度が重要な場合は、それを使用してbyte []を初期化し、代わりに高速ルックアップにすることができます。

3
Hans Passant

@Chadsリンクの使用

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

編集：キャストを忘れた

2
Conrad Frix
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;
}
1
Ashkan Mobayen Khiabani
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;
}
1
Stepan Ivanenko

この包括的な bit-twiddling hacks を参照してください。つまり、「バイトのビットを3つの演算（64ビットの乗算とモジュラス除算）で反転します」

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

これを実行すると、値が0xB9に反転することがわかります。

1
t0mm13b