计算位数的最快方法

Question

可能重复:
如何计算32位整数中的设置位数？

给出一个unsigned char类型值,计算它中的总位数.最快的方法是什么？我写了三个函数如下,最好的方法是什么,有人能想出一个更快的吗？(我只想要极快的一个)

const int tbl[] =
{
#define B2(n)   n, n+1, n+1, n+2
#define B4(n) B2(n), B2(n+1), B2(n+1), B2(n+2)
#define B6(n) B4(n), B4(n+1), B4(n+1), B4(n+2)
    B6(0), B6(1), B6(1), B6(2)
};

char naivecount (unsigned char val)
{
    char cnt = 0;
    while (val)
    {
        cnt += (val & 1);
        val = val >> 1;
    }
    return cnt;
}

inline tableLookUp(int val)
{
    assert(val >= 0 && val <= 255);
    return tbl[val];
}

int asmCount(int val)
{
    int res = 0;
    asm volatile("xor %0, %0\n\t"
            "begin:\n\t"
            "cmp $0x0, %1\n\t"
            "jle end\n\t"
            "movl %1, %%ecx\n\t"
            "and $0x1, %%ecx\n\t"
            "addl %%ecx, %0\n\t"
            "shrl %1\n\t"
            "jmp begin\n\t"
            "end:"
            : "=r"(res)
            : "r" (val));
    return res;
}

编辑:

我测试了所有的方法,最快的就是使用 popcntl指令.在没有指令的平台上,我将使用表查找.

Answer 1

如果您想手动编码,请尝试以下方法:

#include <stdint.h>

int popcnt8(uint8_t x) {

    x = (x & 0x55) + (x >> 1 & 0x55);
    x = (x & 0x33) + (x >> 2 & 0x33);
    x = (x & 0x0f) + (x >> 4 & 0x0f);

    return x;
}

在x86上,这编译为(AT&T-syntax):

popcnt8:
    movl    %edi, %eax
    shrb    %dil
    andl    $85, %eax
    andl    $85, %edi
    addl    %eax, %edi
    movl    %edi, %eax
    shrb    $2, %dil
    andl    $51, %eax
    andl    $51, %edi
    addl    %eax, %edi
    movl    %edi, %eax
    shrb    $4, %dil
    andl    $15, %eax
    addl    %edi, %eax
    movzbl  %al, %eax
    ret

将此与gcc与内在函数生成的内容进行比较:

#include <stdint.h>

int popcnt8_intrin(uint8_t x) { return __builtin_popcount(x); }

在带有SSE 4.2的x86上:

popcnt8_intrin:
movzbl  %dil, %eax
popcntl %eax, %eax
ret

这不是最佳的; clang生成:

popcnt8_intrin:
    popcntl %edi,%eax
    ret

将计算减少到一个(!)指令.

在没有SSE 4.2的x86上:

popcnt8_intrin:
subq    $8, %rsp
movzbl  %dil, %edi
call    __popcountdi2
addq    $8, %rsp
ret

gcc基本上在这里调用它的库.不太理想.clang做得好一点:

popcnt8_intrin:                         # @popcnt8_intrin
movl    %edi, %eax
shrl    %eax
andl    $85, %eax
subl    %eax, %edi
movl    %edi, %eax
andl    $858993459, %eax        # imm = 0x33333333
shrl    $2, %edi
andl    $858993459, %edi        # imm = 0x33333333
addl    %eax, %edi
movl    %edi, %eax
shrl    $4, %eax
addl    %edi, %eax
andl    $252645135, %eax        # imm = 0xF0F0F0F
imull   $16843009, %eax, %eax   # imm = 0x1010101
shrl    $24, %eax
ret

clang计算整个32位数的popcnt.这不是最佳的imho.