Question

在C中构造位掩码的最佳方法是m设置位前面有k未设置位，后跟n未设置位：

00..0 11..1 00..0
  k     m     n

例如，k = 1，m = 4，n = 3将导致位掩码：

01111000

Answer 1

〜（~0 <＆lt; m）＆lt;＆lt; Ñ

Answer 2

那么，你要求m个设置位以k复位位为前缀，后跟n个复位位？我们可以忽略k，因为它在很大程度上受到整数类型选择的约束。

mask = ((1 << m) - 1) << n;

Answer 3

我喜欢这两种解决方案。这是我想到的另一种方式（可能不是更好）。

((~((unsigned int)0) << k) >> (k + n)) << n

编辑：我以前的版本中有一个错误（没有unsigned int cast）。问题是~0 >> n在前面加了1，而不是0。

是的，这种做法有一个很大的缺点;它假设你知道默认整数类型的位数，或者换句话说它假设你真的知道k，而其他解决方案独立于k。这使我的版本不那么便携，或者至少难以移植。（它还使用3个移位，加法和按位求反运算符，这是两个额外的运算。）

所以你最好还是使用其中一个例子。

以下是由Jonathan Leffler完成的一个小测试应用程序，用于比较和验证不同解决方案的输出：

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

enum { ULONG_BITS = (sizeof(unsigned long) * CHAR_BIT) };

static unsigned long set_mask_1(int k, int m, int n)
{
    return ~(~0 << m) << n;
}

static unsigned long set_mask_2(int k, int m, int n)
{
    return ((1 << m) - 1) << n;
}

static unsigned long set_mask_3(int k, int m, int n)
{
    return ((~((unsigned long)0) << k) >> (k + n)) << n;
}

static int test_cases[][2] =
{
    { 1, 0 },
    { 1, 1 },
    { 1, 2 },
    { 1, 3 },
    { 2, 1 },
    { 2, 2 },
    { 2, 3 },
    { 3, 4 },
    { 3, 5 },
};

int main(void)
{
    size_t i;
    for (i = 0; i < 9; i++)
    {
        int m = test_cases[i][0];
        int n = test_cases[i][1];
        int k = ULONG_BITS - (m + n);
        printf("%d/%d/%d = 0x%08lX = 0x%08lX = 0x%08lX\n", k, m, n,
               set_mask_1(k, m, n),
               set_mask_2(k, m, n),
               set_mask_3(k, m, n));
    }
    return 0;
}

Answer 4

（仅限）对于那些对支持BMI2的x86系统（Intel Haswell或更新版，AMD挖掘机或更新版本）更有效的解决方案感兴趣的人：

mask = _bzhi_u32(-1,m)<<n;

bzhi指令将指定位位置的高位置零。 _bzhi_u32内在函数编译此指令。测试代码：

#include <stdio.h>
#include <x86intrin.h>
/*  gcc -O3 -Wall -m64 -march=haswell bitmsk_mn.c   */

unsigned int bitmsk(unsigned int m, unsigned int n)
{
    return _bzhi_u32(-1,m)<<n;
}

int main() {
    int k = bitmsk(7,13);
    printf("k= %08X\n",k);
    return 0;
}

输出：

$./a.out
k= 000FE000

代码片段_bzhi_u32(-1,m)<<n编译为三条指令

movl    $-1, %edx
bzhi    %edi, %edx, %edi
shlx    %esi, %edi, %eax

哪一条指令少于@Jonathan Leffler的代码和@Darius Bacon。在Intel Haswell处理器或更新版本上，bzhi和shlx都有1个周期的延迟和a 每个循环的吞吐量为2。在AMD Ryzen上，这两条指令甚至每周期的吞吐量为4。

Answer 5

虽然最佳答案简单而有效，但在n=0和m=31时的情况下，它们不会设置MSB。

~(~0 << 31) << 0 = 0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111‬

((1 << 31)-1) << 0 = 0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111‬

我建议使用32位无符号字（这是丑陋且有分支），如下所示：

unsigned int create_mask(unsigned int n,unsigned int m) {
  // 0 <= start_bit, end_bit <= 31
  return (m - n == 31 ? 0xFFFFFFFF : ((1 << (m-n)+1)-1) << n);
}

这实际上得到了[m,n]范围内的位（闭区间），因此create_mask(0,0)将返回第一位（位0）的掩码，create_mask(4,6)返回位4的掩码到6即... 00111 0000。

C中的位掩码

5 个答案: