寻找更高效的位域解码算法

Looking for a more efficient bitfield decode algorithm

本文关键字：解码 算法 位域 高效 寻找      更新时间：2023-10-16

我有一个Visual Studio 2008 C++应用程序，我在其中接收位图（不是图像）。翻转的每个位对应于解码图上的一个位置。

typedef unsigned char BYTE;
const unsigned int COL_COUNT = 8;
const unsigned int ROW_COUNT = 4;
static char g_decode_map[ ROW_COUNT ][ COL_COUNT ] = 
{
    { 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h' },
    { 'i', 'j', 'k', 'l', 'm', 'n', 'o', 'p' },
    { 'q', 'r', 's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x' },
    { 'y', 'z', ',', '.', ' ', ':', '-', '+' }
};
// current implementation
void Decode( const BYTE bitmap[ ROW_COUNT ], 
             const char decode_map[ ROW_COUNT ][ COL_COUNT ], 
             char decoded[ ROW_COUNT * COL_COUNT ] )
{
    int found = 0;
    for( int i = 0; i < ROW_COUNT; ++i )
    {
        for( int j = 0; j < COL_COUNT; ++j )
        {
            if( std::bitset< COL_COUNT >( bitmap[ i ] ).test( j ) )
            {
                decoded[ found++ ] = g_decode_map[ i ][ COL_COUNT - j - 1 ];
            }
        }
    }
}
int main( int argc, char* argv[] )
{
    BYTE bitmap[ ROW_COUNT ] = { 0x01, 0x80, 0x00, 0x00 };
    // expected output { 'h', 'i' } or { 'i', 'h' } order is unimportant
    char decoded[ ROW_COUNT * COL_COUNT + 1 ] = { };
    Decode( bitmap, g_decode_map, decoded );
    printf( "Decoded: %srn", decoded );
    return 0;
}

我目前的解码实现工作正常，但我觉得可能有更有效的方法可以做到这一点。有人可以建议一种性能更高的算法吗？

测试每个位是否使用按位运算设置会更快，而不是为每个测试的位创建位集。 尝试这样的事情：

for( int i = 0; i < ROW_COUNT; ++i ) {
    for( int j = 0; j < COL_COUNT; ++j ) {
        if(bitmap[i] & (1 << j)) {
            ...

1 << j生成的掩码仅包含您要测试集的位。 仅当该位设置为bitmap[i] 时，才使用位图字节按位和掩码返回 true。 这个条件的结果应该等同于你的条件的结果，而且应该快很多。

您正在执行 64 个条件检查。 32 个在 for 循环中，32 个在 for 循环中。如果你不能摆脱 for 循环中的 32，你能做的最好的事情就是循环展开以减少 forloop 执行的条件语句的数量。行和列长度定义为常量。您可以展开循环并对索引的一些数字进行硬编码。与其使用内部 for 循环，不如编写 8 if 语句，如下所示。

这就留下了一个问题，如果有人更改常量值怎么办？然后代码中断。这是正确的。如果你需要它足够健壮来承受这一点，你可以使用编译时递归来展开循环（下面的链接）。此外，任何看过你的代码的人都会畏缩不前，认为你是神。:P 此外，Jason的解决方案也会加快速度。

if( std::bitset< COL_COUNT >( bitmap[ i ] ).test( 0 ) )  
if( std::bitset< COL_COUNT >( bitmap[ i ] ).test( 1 ) )  
if( std::bitset< COL_COUNT >( bitmap[ i ] ).test( 2 ) )  
if( std::bitset< COL_COUNT >( bitmap[ i ] ).test( 3 ) )  
...
if( std::bitset< COL_COUNT >( bitmap[ i ] ).test( 7 ) )

编译时循环（答案 #1）
模板元编程

这是快速完成的方法，假设COL_COUNT == 8（要真正快速地完成它，请使用内联汇编器）：

for( int i = 0; i < ROW_COUNT; ++i )
    {
        unsigned char next_byte = bitmap[i] ;
        for( int j = 0; j < COL_COUNT; ++j )
        {
            if (next_byte & 0x80)
            {
                decoded[ found++ ] = g_decode_map[ i ][ j ];
            }
            next_byte <<= 1 ;
        }
    }

我已经编写了它以重现您的程序的行为 - 但您确定您是正确的吗？我希望您每次都增加found，而不仅仅是在找到1位时。

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