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36、编写一个高效的 C 程序来反转数字的位?

有很多方法可以反转数字的位,这里描述了三种通用的方法来反转位。

方法一

在此方法中,将检查 num 的设置位并循环遍历整数的所有位。 如果发现 num 的第 i 位被设置,那么只需将 1 放在 tmp 的 ((INT_BITS – 1) – ith ) 位置,其中 INT_BITS 是整数的位数。

#define CHAR_BITS  8  // size of character
#define INT_BITS  ( sizeof(int) * CHAR_BITS)
//bit reversal function
unsigned int ReverseTheBits(unsigned int num)
{
    unsigned int iLoop = 0;
    unsigned int tmp = 0;         //  Assign num to the tmp
    int iNumberLopp = (INT_BITS - 1);
    for(; iLoop < iNumberLopp; ++iLoop)
    {
        if((num & (1 << iLoop))) // check set bits of num
        {
            tmp |= 1 << ((INT_BITS - 1) - iLoop); //putting the set bits of num in tmp
        }
    }
    return tmp;
}

方法二

这是一种将 32 位整数的位反转的简单算法。 该算法使用八个常数值来反转位,并采取五个简单的步骤。在下面的部分中,将描述每个步骤的功能。
步骤1:

num = (((num & 0xaaaaaaaa) >> 1) | ((num & 0x55555555) << 1));

此表达式用于交换位。
举个例子,假设 num 是 0100,在上面的表达式之后它将是 1000。

步骤2:

num = (((num & 0xcccccccc) >> 2) | ((num & 0x33333333) << 2));

上面的表达式用于交换半字节的 2 位。 假设 num 是 1000,经过上面的表达式,它将是 0001。

步骤3:

num = (((num & 0xf0f0f0f0) >> 4) | ((num & 0x0f0f0f0f) << 4));

用于交换半字节的表达式。 就像如果 num 是 0011 0010 那么在上面的表达式之后它将是 0010 0011

步骤4:

num = (((num & 0xff00ff00) >> 8) | ((num & 0x00ff00ff) << 8));

此语句用于交换整数的字节。 设 num 为 00001000 00001100,经过上面的表达式,它将是 00001100 00001000

步骤5:

((num >> 16) | (num << 16));

上面的表达式用于交换整数的半字。 如果num是0000000011001110 1000100100000110之后上面的结果数就是1000100100000110 0000000011001110

//bit reversal function
unsigned int ReverseTheBits(register unsigned int x)
{
    x = (((x & 0xaaaaaaaa) >> 1) | ((x & 0x55555555) << 1));
    x = (((x & 0xcccccccc) >> 2) | ((x & 0x33333333) << 2));
    x = (((x & 0xf0f0f0f0) >> 4) | ((x & 0x0f0f0f0f) << 4));
    x = (((x & 0xff00ff00) >> 8) | ((x & 0x00ff00ff) << 8));
    return((x >> 16) | (x << 16));
}

第三种方法

这是反转整数位的最简单方法。 在其中我们创建了一个从 0 到 255 的十六进制值的表。在此方法中,对 0xFF 的数据执行 AND 运算来计算数组的索引。
在这个算法中,需要计算四次数组(查找表)的索引,才能从查找表中得到合适的值。得到对应的值后再进行位移操作,得到相反的值。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define CHAR_BITS  8  // size of character
#define INT_BITS  ( sizeof(int) * CHAR_BITS)
//print data in binary
void PrintInBinary(unsigned n)
{
    short int iPos;
    for (iPos = (INT_BITS -1) ; iPos >= 0 ; iPos--)
    {
        (n & (1 << iPos))? printf("1"): printf("0");
    }
}
//Fastest (lookup table):
static const unsigned char TableBitReverse[] =
{
    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
};
int main()
{
    unsigned int data = 0;
    unsigned int Ret = 0;
    printf("Enter the number : ");
    scanf("%u",&data);
    printf("Entered Data is " );
    PrintInBinary(data);
    //Getting reverse value
    Ret =    (TableBitReverse[data & 0xff] << 24) |
             (TableBitReverse[(data >> 8) & 0xff] << 16) |
             (TableBitReverse[(data >> 16) & 0xff] << 8) |
             (TableBitReverse[(data >> 24) & 0xff]);
    printf("Reverse Data is " );
    PrintInBinary(Ret);
    return 0;
}