生成前缀位掩码

Generating prefix bitmasks

本文关键字：掩码 前缀      更新时间：2023-10-16

我正在寻找一种可移植的方式来生成前缀位掩码，该前缀位掩码的前n位设置为0 <= n <= 32(或 64 或任意整数类型位宽(。

例子：

prefix_bitmask(0)  = 0b00000000000000000000000000000000u
prefix_bitmask(4)  = 0b00000000000000000000000000001111u
prefix_bitmask(32) = 0b11111111111111111111111111111111u

如果我们忽略n == 0或n == 32的情况，有两种方法已经可以工作：

// "constructive": set only the required bits
uint32_t prefix_mask1(int i) { return (uint32_t(1) << i) - 1; }
// "destructive": shift unneeded bits out
uint32_t prefix_mask2(int i) { return ~uint32_t(0) >> (32 - i); }

prefix_mask132 失败，prefix_mask20 失败，这两者都是因为大于整数类型的移位是未定义的行为(因为只允许 CPU 使用移位大小的最低 5 位(。

有没有一种"规范"的方法可以在不分支的情况下解决这个问题？

((uint32_t) 1 << i/2 << i-i/2) - 1.

上述工作uint32_t可以用任何无符号类型替换。 并且不需要其他更改。需要知道类型和掩码m= 2b−1 中b位数的其他选项包括：

((uint32_t) 1 << (i & m)) - 1 - (i >> b)(来自超级猫(

和：

((uint32_t) i >> b) ^ 1) << (i & m)) - 1(源自Matt Timmermans的建议(。

这可以使用带有算术移位的prefix_mask2思想来完成，以准备正确的模式，总共有三条指令(假设 CPU 中的移位计数是模字宽(：

// minimal instruction dependency (2 cycles), but requires large constant
// that some architectures have trouble generating
uint32_t prefix_mask2a(int i) {
return ((int32_t) (i + (0x80000000 - 32))) >> ((i ^ 31) & 31);
}
// 3 cycles
uint32_t prefix_mask2b(int i) {
return (uint32_t) ((int32_t) -i >> 31) >> (-i & 31);
}

您可以将uint32_t转换为具有更多位的内容，将其移位，然后转换回：

uint32_t prefix_mask(int i) {
return UINT32_MAX & ((UINT64_C(1) << i) - 1);
}

我认为它非常便携

#define PREFIX(type, n) (type)(((sizeof(type) * CHAR_BIT - (n)) == sizeof(type) * CHAR_BIT) ? ((type)0) : (!(sizeof(type) * CHAR_BIT - (n)) ? (~(type)(0)) : ((~(type)(0)) << (sizeof(type) * CHAR_BIT - n))))
#define POSTFIX(type, n) (type)(((sizeof(type) * CHAR_BIT - (n)) == sizeof(type) * CHAR_BIT) ? ((type)0) : (!(sizeof(type) * CHAR_BIT - (n)) ? (~(type)(0)) : ((~(type)(0)) >> (sizeof(type) * CHAR_BIT - n))))
#define TEST_TYPE unsigned long long
void printbin(TEST_TYPE x)
{
TEST_TYPE mask = (TEST_TYPE)1 << (sizeof(x) * CHAR_BIT - 1);
while(mask)
{
printf("%d", !!(x & mask));
mask >>= 1;
}
}

int main()
{
for(int x = 0; x <= sizeof(TEST_TYPE) * CHAR_BIT; x++)
{
printbin(PREFIX(TEST_TYPE, x)); printf("n");
}
printf("n");
for(int x = 0; x <= sizeof(TEST_TYPE) * CHAR_BIT; x++)
{
printbin(POSTFIX(TEST_TYPE, x)); printf("n");
}
}

https://godbolt.org/z/_NadkH

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