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c++ - 我想根据任意掩码打包这些位

coder 2024-02-16 原文

假设数据是 1011 1001，掩码是 0111 0110，那么您有:

input data:       1011 1001
input mask:       0111 0110
apply mask:       0011 0000 (based on `input mask`)
bits selected:    -011 -00- (based on `input mask`)
right packed:     ---0 1100
expected result:  0000 1100 (set left `8 - popcount('input mask')` bits to zero)

所以最后的输出是0000 1100(注意左边3个未指定的位置用零填充)。

您可以看到，只要 input mask 中的位为 1，input data 中的相应值就会被选中(在 bits selected 上面)，然后所有selected 位被连续打包在结果的最低有效位开始(如上面的right packed 所示)。最后，将打包后剩下的任何最左边的位设置为 0(将有 8 - popcount(mask) 这样的位)。

显而易见的选择是旋转和选择，但由于掩码有 5 位，这将消耗 5 次操作。我可以一步完成吗？

注意:

  1. 掩码可以是任意n位ON的任何东西(在上面 例如 n=5)。您所知道的是 ON 中的位数 面具和面具本身。掩码将随着 n 位 ON 不断变化。

  2. 在上面的示例中，我使用了 8 位的数据和掩码，但实际上 usage 它可以是 8、16、32、64 和 128 位。

最佳答案

如果您的目标是 x86，大多数编译器将具有 pdep ( parallel bit deposit) 指令的内在指令，该指令直接在硬件中执行您想要的操作，位于在支持它的 Intel 硬件上，每个周期 1 个的速率(3 个周期延迟)1。例如，gcc offers it作为 _pdep_u32 和 _pdep_u64 内部函数。

不幸的是，在 AMD Ryzen(唯一支持 BMI2 的 AMD 硬件)上，这个操作非常慢:每 18 个周期一个。如果非英特尔平台对您很重要，您可能希望有一个单独的代码路径来支持它们。

如果您不在 x86 上，您可以找到这些选项的通用实现 here - 您想要的特定操作是 expand_right - 其他部分可能会很有趣，因为它专门涵盖了处理字大小元素的简单情况。

在实践中，如果你真的要处理 8 位数据和掩码值，你可能只使用一个预先计算的查找表——要么是一个大的 8 位 x 8 位 = 65k，它涵盖所有 {data, mask } 组合并直接为您提供答案，或者一个包含所有 mask 值并为您提供一些用于简单位移计算或基于乘法的代码的系数的 256 项组合.

FWIW，我不确定如何使用 5 个循环指令轻松完成此操作，因为看起来天真的解决方案需要为每个位执行 1 个循环指令，无论是否设置(因此对于 8 位的字长， 7 或 8 个旋转2 指令)。

1 当然，原则上性能取决于硬件，但在所有实现它的主流 Intel CPU 上，它是 1 个周期的吞吐量，3 个周期的延迟(AMD 不确定)。

2 只有 7 旋转，因为显然可以省略最低位的“旋转 0”操作。

关于c++ - 我想根据任意掩码打包这些位，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/41617369/

amp43codesectionmaskc++bit-manipulationbitwise-operators

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