C / C ++では、バイト内のビットの順序を逆にする最も簡単な方法は何ですか？
単一のバイトについて話している場合は、何らかの理由で256バイトが使用可能でない限り、おそらくテーブルルックアップが最善の方法です。
これは動作するはずです：
unsigned char reverse(unsigned char b) {
b = (b & 0xF0) >> 4 | (b & 0x0F) << 4;
b = (b & 0xCC) >> 2 | (b & 0x33) << 2;
b = (b & 0xAA) >> 1 | (b & 0x55) << 1;
return b;
}
最初に、左の4ビットが右の4ビットと交換されます。次に、すべての隣接するペアが交換され、すべての隣接する単一ビットが交換されます。これにより、順序が逆になります。
ルックアップテーブルは最も単純なメソッドの1つである必要があると思います。ただし、完全なルックアップテーブルは必要ありません。
//Index 1==0b0001 => 0b1000
//Index 7==0b0111 => 0b1110
//etc
static unsigned char lookup[16] = {
0x0, 0x8, 0x4, 0xc, 0x2, 0xa, 0x6, 0xe,
0x1, 0x9, 0x5, 0xd, 0x3, 0xb, 0x7, 0xf, };
uint8_t reverse(uint8_t n) {
// Reverse the top and bottom nibble then swap them.
return (lookup[n&0b1111] << 4) | lookup[n>>4];
}
// Detailed breakdown of the math
// + lookup reverse of bottom nibble
// | + grab bottom nibble
// | | + move bottom result into top nibble
// | | | + combine the bottom and top results
// | | | | + lookup reverse of top nibble
// | | | | | + grab top nibble
// V V V V V V
// (lookup[n&0b1111] << 4) | lookup[n>>4]
これは視覚的にコーディングと検証が非常に簡単です。
最終的には、これはフルテーブルよりも高速になる可能性があります。ビット演算は安価で、テーブルはキャッシュラインに簡単に収まります。
多くのソリューションについては、 bit twiddling hacks を参照してください。そこからのコピーペーストは、明らかに実装が簡単です。 =）
例（32ビットCPUの場合）：
uint8_t b = byte_to_reverse;
b = ((b * 0x0802LU & 0x22110LU) | (b * 0x8020LU & 0x88440LU)) * 0x10101LU >> 16;
「実装が簡単」で、試験や就職の面接で参照なしで実行できることを意味する場合、おそらく最も安全な方法は、ビットを1つずつ順番に別の変数に非効率的にコピーすることです（すでに他の回答に示されています） ）。
誰も完全なテーブル検索ソリューションを投稿していないので、ここに私のものがあります：
unsigned char reverse_byte(unsigned char x)
{
static const unsigned char table[] = {
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,
};
return table[x];
}
template <typename T>
T reverse(T n, size_t b = sizeof(T) * CHAR_BIT)
{
assert(b <= std::numeric_limits<T>::digits);
T rv = 0;
for (size_t i = 0; i < b; ++i, n >>= 1) {
rv = (rv << 1) | (n & 0x01);
}
return rv;
}
編集：
オプションのビットカウントでテンプレートに変換しました
2行：
for(i=0;i<8;i++)
reversed |= ((original>>i) & 0b1)<<(7-i);
または、「0b1」部分に問題がある場合：
for(i=0;i<8;i++)
reversed |= ((original>>i) & 1)<<(7-i);
「オリジナル」は、反転したいバイトです。 「反転」は結果であり、0に初期化されます。
おそらく移植性はありませんが、アセンブリ言語を使用します。
多くのアセンブリ言語には、キャリーフラグにビットをローテーションし、キャリーフラグをワード（またはバイト）にローテーションする命令があります。
アルゴリズムは次のとおりです。
for each bit in the data type:
rotate bit into carry flag
rotate carry flag into destination.
end-for
CとC++はキャリーへの回転とキャリーからの回転をサポートしていないため、このための高レベル言語コードははるかに複雑です。キャリーフラグはモデル化する必要があります。
編集：たとえばアセンブリ言語
; Enter with value to reverse in R0.
; Assume 8 bits per byte and byte is the native processor type.
LODI, R2 8 ; Set up the bit counter
Loop:
RRC, R0 ; Rotate R0 right into the carry bit.
RLC, R1 ; Rotate R1 left, then append carry bit.
DJNZ, R2 Loop ; Decrement R2 and jump if non-zero to "loop"
LODR, R0 R1 ; Move result into R0.
ここで見た他の少しいじるアルゴリズムよりも簡単な次のソリューションを見つけます。
unsigned char reverse_byte(char a)
{
return ((a & 0x1) << 7) | ((a & 0x2) << 5) |
((a & 0x4) << 3) | ((a & 0x8) << 1) |
((a & 0x10) >> 1) | ((a & 0x20) >> 3) |
((a & 0x40) >> 5) | ((a & 0x80) >> 7);
}
バイトのすべてのビットを取得し、それに応じて最初から最後までシフトします。
説明：
((a & 0x1) << 7) //get first bit on the right and shift it into the first left position
| ((a & 0x2) << 5) //add it to the second bit and shift it into the second left position
//and so on
simplestの方法は、おそらくループ内のビット位置を反復処理することです。
unsigned char reverse(unsigned char c) {
int shift;
unsigned char result = 0;
for (shift = 0; shift < CHAR_BIT; shift++) {
if (c & (0x01 << shift))
result |= (0x80 >> shift);
}
return result;
}
std::vector<bool>（ビットパック）とstd::bitsetに興味があるかもしれません
要求されたとおりに最も簡単なはずです。
#include <iostream>
#include <bitset>
using namespace std;
int main() {
bitset<8> bs = 5;
bitset<8> rev;
for(int ii=0; ii!= bs.size(); ++ii)
rev[bs.size()-ii-1] = bs[ii];
cerr << bs << " " << rev << endl;
}
他のオプションの方が速い場合があります。
編集：std::vector<bool>を使用したソリューションをお借りします
#include <algorithm>
#include <iterator>
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
vector<bool> b{0,0,0,0,0,1,0,1};
reverse(b.begin(), b.end());
copy(b.begin(), b.end(), ostream_iterator<int>(cerr));
cerr << endl;
}
2番目の例には、c ++ 0x拡張が必要です（{...}で配列を初期化するため）。 bitsetまたはstd::vector<bool>（またはboost::dynamic_bitset）を使用する利点は、バイトまたはワードに限定されず、任意のビット数を反転できることです。
HTH
定数、8ビット入力の非常に限られた場合、このメソッドは実行時にメモリまたはCPUを必要としません。
#define MSB2LSB(b) (((b)&1?128:0)|((b)&2?64:0)|((b)&4?32:0)|((b)&8?16:0)|((b)&16?8:0)|((b)&32?4:0)|((b)&64?2:0)|((b)&128?1:0))
ARINC-429でこれを使用しました。ラベルのビット順（エンディアン）は、Wordの残りの部分と反対です。多くの場合、ラベルは定数で、通常は8進数です。
仕様ではこのラベルをビッグエンディアン205 8進数として定義しているため、ここで定数を定義する方法を示します。
#define LABEL_HF_COMM MSB2LSB(0205)
その他の例：
assert(0b00000000 == MSB2LSB(0b00000000));
assert(0b10000000 == MSB2LSB(0b00000001));
assert(0b11000000 == MSB2LSB(0b00000011));
assert(0b11100000 == MSB2LSB(0b00000111));
assert(0b11110000 == MSB2LSB(0b00001111));
assert(0b11111000 == MSB2LSB(0b00011111));
assert(0b11111100 == MSB2LSB(0b00111111));
assert(0b11111110 == MSB2LSB(0b01111111));
assert(0b11111111 == MSB2LSB(0b11111111));
assert(0b10101010 == MSB2LSB(0b01010101));
テーブル検索または
uint8_t rev_byte(uint8_t x) {
uint8_t y;
uint8_t m = 1;
while (m) {
y >>= 1;
if (m&x) {
y |= 0x80;
}
m <<=1;
}
return y;
}
編集する
here を参照してください。
より遅いがよりシンプルな実装：
static int swap_bit(unsigned char unit)
{
/*
* swap bit[7] and bit[0]
*/
unit = (((((unit & 0x80) >> 7) ^ (unit & 0x01)) << 7) | (unit & 0x7f));
unit = (((((unit & 0x80) >> 7) ^ (unit & 0x01))) | (unit & 0xfe));
unit = (((((unit & 0x80) >> 7) ^ (unit & 0x01)) << 7) | (unit & 0x7f));
/*
* swap bit[6] and bit[1]
*/
unit = (((((unit & 0x40) >> 5) ^ (unit & 0x02)) << 5) | (unit & 0xbf));
unit = (((((unit & 0x40) >> 5) ^ (unit & 0x02))) | (unit & 0xfd));
unit = (((((unit & 0x40) >> 5) ^ (unit & 0x02)) << 5) | (unit & 0xbf));
/*
* swap bit[5] and bit[2]
*/
unit = (((((unit & 0x20) >> 3) ^ (unit & 0x04)) << 3) | (unit & 0xdf));
unit = (((((unit & 0x20) >> 3) ^ (unit & 0x04))) | (unit & 0xfb));
unit = (((((unit & 0x20) >> 3) ^ (unit & 0x04)) << 3) | (unit & 0xdf));
/*
* swap bit[4] and bit[3]
*/
unit = (((((unit & 0x10) >> 1) ^ (unit & 0x08)) << 1) | (unit & 0xef));
unit = (((((unit & 0x10) >> 1) ^ (unit & 0x08))) | (unit & 0xf7));
unit = (((((unit & 0x10) >> 1) ^ (unit & 0x08)) << 1) | (unit & 0xef));
return unit;
}
この単純な関数は、マスクを使用して入力バイトの各ビットをテストし、それをシフト出力に転送します。
char Reverse_Bits(char input)
{
char output = 0;
for (unsigned char mask = 1; mask > 0; mask <<= 1)
{
output <<= 1;
if (input & mask)
output |= 1;
}
return output;
}
アルゴリズムソリューションを実装する前に、使用しているCPUアーキテクチャのアセンブリ言語を確認してください。アーキテクチャには、このようなビット単位の操作を処理する命令が含まれている場合があります（単一のAssembly命令よりも単純なものはありますか？）。
そのような指示が利用できない場合は、ルックアップテーブルルートを使用することをお勧めします。スクリプト/プログラムを作成してテーブルを生成できます。ルックアップ操作は、ここのビット反転アルゴリズムよりも高速になります（ルックアップテーブルをどこかに保存する必要があります）。
これは迅速な解決策ですか？
int byte_to_be_reversed =
((byte_to_be_reversed>>7)&0x01)|((byte_to_be_reversed>>5)&0x02)|
((byte_to_be_reversed>>3)&0x04)|((byte_to_be_reversed>>1)&0x08)|
((byte_to_be_reversed<<7)&0x80)|((byte_to_be_reversed<<5)&0x40)|
((byte_to_be_reversed<<3)&0x20)|((byte_to_be_reversed<<1)&0x10);
Forループを使用する煩わしさを取り除きます！しかし、専門家はこれが効率的かつ高速かどうか教えてください？
これは、1つに基づいています BobStein-VisiBone 提供
#define reverse_1byte(b) ( ((uint8_t)b & 0b00000001) ? 0b10000000 : 0 ) | \
( ((uint8_t)b & 0b00000010) ? 0b01000000 : 0 ) | \
( ((uint8_t)b & 0b00000100) ? 0b00100000 : 0 ) | \
( ((uint8_t)b & 0b00001000) ? 0b00010000 : 0 ) | \
( ((uint8_t)b & 0b00010000) ? 0b00001000 : 0 ) | \
( ((uint8_t)b & 0b00100000) ? 0b00000100 : 0 ) | \
( ((uint8_t)b & 0b01000000) ? 0b00000010 : 0 ) | \
( ((uint8_t)b & 0b10000000) ? 0b00000001 : 0 )
コンパイラーが作業を自動的に処理するため、これが非常に気に入っています。したがって、追加のリソースは必要ありません。
これも16ビットに拡張できます...
#define reverse_2byte(b) ( ((uint16_t)b & 0b0000000000000001) ? 0b1000000000000000 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0000000000000010) ? 0b0100000000000000 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0000000000000100) ? 0b0010000000000000 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0000000000001000) ? 0b0001000000000000 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0000000000010000) ? 0b0000100000000000 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0000000000100000) ? 0b0000010000000000 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0000000001000000) ? 0b0000001000000000 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0000000010000000) ? 0b0000000100000000 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0000000100000000) ? 0b0000000010000000 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0000001000000000) ? 0b0000000001000000 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0000010000000000) ? 0b0000000000100000 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0000100000000000) ? 0b0000000000010000 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0001000000000000) ? 0b0000000000001000 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0010000000000000) ? 0b0000000000000100 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b0100000000000000) ? 0b0000000000000010 : 0 ) | \
( ((uint16_t)b & 0b1000000000000000) ? 0b0000000000000001 : 0 )
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define BIT0 (0x01)
#define BIT1 (0x02)
#define BIT2 (0x04)
#define BIT3 (0x08)
#define BIT4 (0x10)
#define BIT5 (0x20)
#define BIT6 (0x40)
#define BIT7 (0x80)
#define BYTE_TO_BINARY_PATTERN "%c%c%c%c%c%c%c%c\n"
#define BITETOBINARY(byte) \
(byte & BIT7 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT6 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT5 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT4 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT3 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT2 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT1 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT0 ? '1' : '0') \
#define BITETOBINARYREVERSE(byte) \
(byte & BIT0 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT1 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT2 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT3 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT4 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT5 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT6 ? '1' : '0'), \
(byte & BIT7 ? '1' : '0') \
int main()
{
int i,j,c;
i |= BIT2|BIT7;
printf("0x%02X\n",i);
printf(BYTE_TO_BINARY_PATTERN,BITETOBINARY(i));
printf("Reverse");
printf(BYTE_TO_BINARY_PATTERN,BITETOBINARYREVERSE(i));
return 0;
}
これは簡単だと思う
uint8_t reverse(uint8_t a)
{
unsigned w = ((a << 7) & 0x0880) | ((a << 5) & 0x0440) | ((a << 3) & 0x0220) | ((a << 1) & 0x0110);
return static_cast<uint8_t>(w | (w>>8));
}
または
uint8_t reverse(uint8_t a)
{
unsigned w = ((a & 0x11) << 7) | ((a & 0x22) << 5) | ((a & 0x44) << 3) | ((a & 0x88) << 1);
return static_cast<uint8_t>(w | (w>>8));
}
私はこれまでの答えでこのようなものを見つけることができないので、ソリューションにチップを入れます。多分少し過剰に設計されていますが、コンパイル時にC++ 14 std::index_sequenceを使用してルックアップテーブルを生成します。
#include <array>
#include <utility>
constexpr unsigned long reverse(uint8_t value) {
uint8_t result = 0;
for (std::size_t i = 0, j = 7; i < 8; ++i, --j) {
result |= ((value & (1 << j)) >> j) << i;
}
return result;
}
template<size_t... I>
constexpr auto make_lookup_table(std::index_sequence<I...>)
{
return std::array<uint8_t, sizeof...(I)>{reverse(I)...};
}
template<typename Indices = std::make_index_sequence<256>>
constexpr auto bit_reverse_lookup_table()
{
return make_lookup_table(Indices{});
}
constexpr auto lookup = bit_reverse_lookup_table();
int main(int argc)
{
return lookup[argc];
}
以下は、sizeof(char) == sizeof(int)を含むすべての適合プラットフォームに移植可能な、シンプルで読みやすいソリューションです。
#include <limits.h>
unsigned char reverse(unsigned char c) {
int shift;
unsigned char result = 0;
for (shift = 0; shift < CHAR_BIT; shift++) {
result <<= 1;
result |= c & 1;
c >>= 1;
}
return result;
}
unsigned char c ; // the original
unsigned char u = // the reversed
c>>7&0b00000001 |
c<<7&0b10000000 |
c>>5&0b00000010 |
c<<5&0b01000000 |
c>>3&0b00000100 |
c<<3&0b00100000 |
c>>1&0b00001000 |
c<<1&0b00010000 ;
Explanation: exchanged bits as per the arrows below.
01234567
<------>
#<---->#
##<-->##
###<>###
typedef struct
{
uint8_t b0:1;
uint8_t b1:1;
uint8_t b2:1;
uint8_t b3:1;
uint8_t b4:1;
uint8_t b5:1;
uint8_t b6:1;
uint8_t b7:1;
} bits_t;
uint8_t reverse_bits(uint8_t src)
{
uint8_t dst = 0x0;
bits_t *src_bits = (bits_t *)&src;
bits_t *dst_bits = (bits_t *)&dst;
dst_bits->b0 = src_bits->b7;
dst_bits->b1 = src_bits->b6;
dst_bits->b2 = src_bits->b5;
dst_bits->b3 = src_bits->b4;
dst_bits->b4 = src_bits->b3;
dst_bits->b5 = src_bits->b2;
dst_bits->b6 = src_bits->b1;
dst_bits->b7 = src_bits->b0;
return dst;
}
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int i;
unsigned char rev = 0x70 ; // 0b01110000
unsigned char tmp = 0;
for(i=0;i<8;i++)
{
tmp |= ( ((rev & (1<<i))?1:0) << (7-i));
}
rev = tmp;
printf("%x", rev); //0b00001110 binary value of given number
return 0;
}