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Was ist der einfachste Weg, um die Reihenfolge der Bits in einem Byte in C/C++ umzukehren?

Während es mehrere Möglichkeiten gibt, die Bit-Reihenfolge in einem Byte umzukehren, bin ich neugierig, was für einen Entwickler die "einfachste" ist. Und mit Umkehrung meine ich:

1110 -> 0111
0010 -> 0100

Dies ist vergleichbar mit der Frage " this PHP", jedoch nicht in einem Duplikat.

Dies ist vergleichbar mit einer dieser C-Frage, jedoch nicht in zweifacher Ausfertigung. Diese Frage stellt die einfachste Methode, die ein Entwickler implementieren kann. Der "beste Algorithmus" befasst sich mit der Speicher- und CPU-Leistung.

88
nathan

Wenn Sie von einem einzelnen Byte sprechen, ist eine Tabellensuche wahrscheinlich die beste Wette, es sei denn, Sie haben nicht 256 Byte zur Verfügung.

88
e.James

Das sollte funktionieren:

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;
}

Zuerst werden die linken vier Bits mit den rechten vier Bits ausgetauscht. Dann werden alle benachbarten Paare getauscht und dann alle benachbarten Einzelbits. Dies führt zu einer umgekehrten Reihenfolge.

195
sth

Ich denke, eine Nachschlagetabelle muss eine der einfachsten Methoden sein. Sie benötigen jedoch keine vollständige Nachschlagetabelle.

//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]

Dies ist relativ einfach zu codieren und visuell zu überprüfen.
Letztendlich ist dies möglicherweise sogar schneller als eine vollständige Tabelle. Das Bit Arith ist billig und die Tabelle passt leicht in eine Cachezeile.

109
deft_code

Sehen Sie die Bit-Twiddling-Hacks für viele Lösungen. Das Copypasting von dort ist offensichtlich einfach zu implementieren. =)

Zum Beispiel (auf einer 32-Bit-CPU):

uint8_t b = byte_to_reverse;
b = ((b * 0x0802LU & 0x22110LU) | (b * 0x8020LU & 0x88440LU)) * 0x10101LU >> 16;

Wenn mit „einfach zu implementieren“ etwas gemeint ist, das in einer Prüfung oder einem Bewerbungsgespräch ohne Referenz gemacht werden kann, ist die sicherste Wette wahrscheinlich das ineffiziente Kopieren von Bits in eine andere Variable in umgekehrter Reihenfolge (bereits in anderen Antworten gezeigt) ).

41
Arkku

Da niemand eine vollständige Tabellensuchlösung gepostet hat, ist hier meine:

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];
}
35
fredoverflow
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;
}

BEARBEITEN:

Konvertiert es in eine Vorlage mit dem optionalen Bitcount

24
andand

Zwei Linien:

for(i=0;i<8;i++)
     reversed |= ((original>>i) & 0b1)<<(7-i);

oder falls Sie Probleme mit dem Teil "0b1" haben:

for(i=0;i<8;i++)
     reversed |= ((original>>i) & 1)<<(7-i);

"original" ist das Byte, das Sie umkehren möchten . "reversed" ist das Ergebnis, initialisiert auf 0.

15
Daniel

Obwohl wahrscheinlich nicht portabel, würde ich Assembler verwenden.
. Viele Assembly-Sprachen haben Anweisungen, um ein bisschen in die Übertragsflagge zu drehen und die Übertragsflagge in das Wort (oder Byte) zu drehen.

Der Algorithmus ist:

for each bit in the data type:
  rotate bit into carry flag
  rotate carry flag into destination.
end-for

Der Hochsprachencode hierfür ist viel komplizierter, da C und C++ kein Drehen zum Tragen und Drehen vom Tragen unterstützen. Die Carry-Flagge muss modelliert werden.

Edit: Assembler zum Beispiel

;  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.
12
Thomas Matthews

Der einfachste Weg besteht wahrscheinlich darin, die Bitpositionen in einer Schleife zu durchlaufen:

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;
}
10
sth

Ich finde die folgende Lösung einfacher als die anderen Algorithmen, die ich hier gesehen habe.

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);
}

Es erhält jedes Bit im Byte und verschiebt es entsprechend, beginnend vom ersten bis zum letzten.

Erläuterung:

   ((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
9
dau_sama

Für Konstante, 8-BitEingabe kostet dies zur Laufzeit keinen Speicher oder Prozessor:

#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))

Ich habe dies für ARINC-429 verwendet, wo die Bit-Reihenfolge (Endianness) des Labels dem Rest des Wortes gegenüberliegt. Das Label ist oft eine Konstante und normalerweise in Oktal. Zum Beispiel:

#define LABEL_HF_COMM MSB2LSB(0205)
7
Bob Stein

Möglicherweise interessieren Sie sich für std::vector<bool> (das ist ein bisschen gepackt) und std::bitset

Es sollte die einfachste sein, wie gewünscht.

#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;
}

Andere Optionen können schneller sein.

EDIT: Ich schulde dir eine Lösung mit std::vector<bool>

#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;
}

Das zweite Beispiel erfordert die Erweiterung C++ 0x (um das Array mit {...} zu initialisieren). Der Vorteil einer bitset oder eines std::vector<bool> (oder eines boost::dynamic_bitset) ist, dass Sie nicht auf Bytes oder Wörter beschränkt sind, sondern eine beliebige Anzahl von Bits umkehren können.

HTH

6
baol

Tabellensuche oder

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;
}

bearbeiten

Suchen Sie hier nach anderen Lösungen, die möglicherweise für Sie besser funktionieren

3
nategoose

eine langsamere, aber einfachere Implementierung:

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;
}
2
wenlujon

Diese einfache Funktion verwendet eine Maske, um jedes Bit im Eingangsbyte zu testen und in einen verschiebbaren Ausgang zu übertragen:

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;
}
2
luci88filter

Bevor Sie eine algorithmische Lösung implementieren, prüfen Sie die Assembly-Sprache für die von Ihnen verwendete CPU-Architektur. Ihre Architektur kann Anweisungen enthalten, die bitweise Manipulationen wie diese behandeln (und was könnte einfacher sein als eine einzige Assembly-Anweisung?).

Wenn eine solche Anweisung nicht verfügbar ist, würde ich vorschlagen, mit der Nachschlagetabelle zu gehen. Sie können ein Skript/ein Programm schreiben, um die Tabelle für Sie zu generieren, und die Suchvorgänge wären hier schneller als die Bit-Umkehr-Algorithmen (um den Preis der Nachschlagetabelle irgendwo zu speichern).

2
bta

Kann das eine schnelle Lösung sein?

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);

Beseitigt die Hektik der Verwendung einer for-Schleife! aber sagen sie mir bitte, ob dies effizienter und schneller ist?

2
Jamboree

Dieses basiert auf dem von BobStein-VisiBone bereitgestellten

#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 ) 

Ich mag das wirklich sehr, weil der Compiler die Arbeit automatisch für Sie erledigt und somit keine weiteren Ressourcen benötigt.

dies kann auch auf 16-Bit erweitert werden ...

#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;
}
0
Abhinav P

Ich finde das einfach genug

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));
}

oder

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));
}
0
agbinfo

Ich werde in meine Lösung einsteigen, da ich in den bisherigen Antworten nichts dergleichen finden kann. Es ist vielleicht ein wenig überarbeitet, aber es generiert die Lookup-Tabelle mit C++ 14 std::index_sequence in der Kompilierzeit.

#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];
}

https://godbolt.org/z/cSuWhF

0
K. Kirsz

Hier ist eine einfache und lesbare Lösung, die auf alle kompatiblen Plattformen portierbar ist, einschließlich solcher mit sizeof(char) == sizeof(int):

#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;
}
0
chqrlie
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
<------>
#<---->#
##<-->##
###<>###
0
Mahen
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;
}
0
Tai-Yuan Fang
#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;
}
0
AHMED ANWAR