2011年2月6日星期日

<转>Count the number of bits that are on in an unsigned integer(计算一个无符整数中1Bit的个数)

计算一个无符号整数中有多少的Bit为1
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这是一个经常遇到的经典问题,这里分两个部分讲解和总结,首先对讲解现有的算法,然后再讲解一些改进算法。

1.循环法(Iterated Count)
int bitcount (unsigned int n)  
{
int count=0;      
    while (n)  {
        count += n & 0x1u ;
        n >>= 1 ;
      }
return count ;
}
最容易理解和想到的方法。对每一位依次判断是否为1,如果是就在count上加1。
循环的次数是常数(n的位数)。在1比较稀疏的时候效率低,可用方法2改进。
2.Bit1稀疏 Sparse Ones
int bitcount (unsigned int n)  
{
int count=0 ;
         while (n)  {
         count++ ;
         n &= (n - 1) ;
     }
     return count ;
}

理解这个算法的核心,只需理解2个操作:
1> 当一个数被减1时,他最右边的那个值为1的Bit将变为0,同时其右边的所有的Bit都会变成1。
2>“&=”,位与并赋值操作。去掉已经被计数过的1,并将改值重新设置给n.

这个算法循环的次数是bit位为一的个数。也就说有几个Bit为1,循环几次。对Bit为1比较稀疏的数来说,性能很好。如:0x1000 0000, 循环一次就可以。

3.密集1的算法 Dense Ones


int bitcount (unsigned int n)
{
     int count = 8 * sizeof(int) ;
     n ^= (unsigned int) -1 ;
     while (n)
    {
        count-- ;
        n &= (n - 1) ;
     }
     return count ;
}

4.8bit静态表查找法 Precompute_8bit
      static int bits_in_char [256] = {
    0, 1, 1, 2, 1, 2, 2, 3, 1, 2, 2, 3, 2, 3, 3, 4, 1, 2, 2, 3, 2, 3, 3, 4, 2,
    3, 3, 4, 3, 4, 4, 5, 1, 2, 2, 3, 2, 3, 3, 4, 2, 3, 3, 4, 3, 4, 4, 5, 2, 3,
    3, 4, 3, 4, 4, 5, 3, 4, 4, 5, 4, 5, 5, 6, 1, 2, 2, 3, 2, 3, 3, 4, 2, 3, 3,
    4, 3, 4, 4, 5, 2, 3, 3, 4, 3, 4, 4, 5, 3, 4, 4, 5, 4, 5, 5, 6, 2, 3, 3, 4,
    3, 4, 4, 5, 3, 4, 4, 5, 4, 5, 5, 6, 3, 4, 4, 5, 4, 5, 5, 6, 4, 5, 5, 6, 5,
    6, 6, 7, 1, 2, 2, 3, 2, 3, 3, 4, 2, 3, 3, 4, 3, 4, 4, 5, 2, 3, 3, 4, 3, 4,
    4, 5, 3, 4, 4, 5, 4, 5, 5, 6, 2, 3, 3, 4, 3, 4, 4, 5, 3, 4, 4, 5, 4, 5, 5,
    6, 3, 4, 4, 5, 4, 5, 5, 6, 4, 5, 5, 6, 5, 6, 6, 7, 2, 3, 3, 4, 3, 4, 4, 5,
    3, 4, 4, 5, 4, 5, 5, 6, 3, 4, 4, 5, 4, 5, 5, 6, 4, 5, 5, 6, 5, 6, 6, 7, 3,
    4, 4, 5, 4, 5, 5, 6, 4, 5, 5, 6, 5, 6, 6, 7, 4, 5, 5, 6, 5, 6, 6, 7, 5, 6,
 6, 7, 6, 7, 7, 8
};
   int bitcount (unsigned int n)     
   {
      int count = 8 * sizeof(int) ;
      n ^= (unsigned int) -1 ;
      while (n)
      {
         count-- ;
         n &= (n - 1) ;
      }
      return count ;
   }
 
使用静态数组表,列出所有8bit(256个)无符号数含有Bit1的个数。将32Bit 的n分4部分,直接在表中找到对应的Bit1的个数,然后求和。
这是最快的方法了。缺点是需要比较大的内存。

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