在C语言中如何用一次操作交换两个位？

Question

在C语言中如何用一次操作交换两个位？

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假设我有一个六位未知值的字节：

???1?0??

我想交换第2位和第4位的比特位（不改变任何?的值）：

???0?1??

但我如何在C语言中用一次操作来完成这个操作呢？

我正在微控制器上每秒执行数千次此操作，因此性能是最重要的。

"切换"这些位将是可行的。尽管这不同于交换位，但对于我的目的来说，切换也可以正常工作。

- Nate Murray

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哇，三个不同的数字，但回答完全相同 - 祝你好运！ - Benjol

1

你是想交换这两个位，还是切换这两个位？也就是说，00 变成 00 还是变成 11？ - Adam Rosenfield

3

他说“交换”，他们都做了“切换” :) - Benjol

3

如果这里的意图是交换两个比特值，就像交换一样，那么下面的答案都是不正确的。 - Andre Miller

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如果你正在使用已知的微控制器，那么最好研究汇编指令，而不是用C语言。 - Matthew Monaghan

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8个回答

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使用位操作符无法在单个指令中“交换”两个比特（即交换它们的位置，而不是值）。

如果您真的想要交换它们，最佳方法可能是使用查找表。对于许多“棘手”的转换，这一点也适用。

BYTE lookup[256] = {/* left this to your imagination */};

for (/*all my data values */) 
  newValue = lookup[oldValue];

- Roddy

如果您可以节省256字节，并且内存访问比位运算更快，则这是最佳选择。这取决于系统。例如，在现代x86处理器上，如果查找表在缓存中，则查找非常快，但如果没有，则在执行查找所需的时间内可能可以执行几百个位运算。在小型嵌入式控制器中，您可能没有256字节可用。 - Nathan Fellman

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以下方法不是单个C指令，而只是另一种位运算方法。该方法简化自使用XOR交换单个位。

如Roddy的回答所述，查找表可能是最好的选择。我只建议在您不想使用查找表时使用此方法。这确实会交换位，而不仅是切换（也就是说，第2位中的任何内容都将在第4位中，并反之亦然）。

b: 您的原始值-???1?0??，例如 x: 临时变量 r：结果

x = ((b >> 2) ^ (b >> 4)) & 0x01 r = b ^ ((x << 2) | (x << 4))

快速解释：获取您想查看的两个位并对它们进行XOR运算，将该值存储到x中。通过将此值向后移动到位2和4（并进行OR运算），您可以获得一个掩码，当与b进行XOR运算时，将交换您的两个原始位。下表显示了所有可能的情况。

bit2: 0 1 0 1  
bit4: 0 0 1 1  
x   : 0 1 1 0   <-- Low bit of x only in this case 
r2  : 0 0 1 1  
r4  : 0 1 0 1

我没有完全测试过这个，但是对于我快速尝试的几种情况，它似乎有效。

- trh178

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这是一种非常优雅的方法。基本上，您正在说如果位不同（如果它们不同，则x为1），则翻转位（有效地交换它们），否则保持不变（这与交换它们相同，因为它们是相同的）。 - Nathan Fellman

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这可能不是最优化的，但应该可以工作：

unsigned char bit_swap(unsigned char n, unsigned char pos1, unsigned char pos2)
{
    unsigned char mask1 = 0x01 << pos1;
    unsigned char mask2 = 0x01 << pos2;
   if ( !((n & mask1) != (n & mask2)) )
        n ^= (mask1 | mask2);
    return n;
}

- santosh pradhan

2

这是不正确的——(n & mask1) != (n & mask2) 将进行整数比较，但你想要进行布尔比较。将其修改为"if (bool(n & mask1) != bool(n & mask2))"即可使其正确。 - arolson101

我认为问题是关于“交换两个位”而不是“切换位”。不是吗？ - vinod maverick

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下面的函数将交换第2位和第4位。如果需要预先计算查找表（以便交换成为单个操作），可以使用此函数：

unsigned char swap24(unsigned char bytein) {
    unsigned char mask2 = ( bytein & 0x04 ) << 2;
    unsigned char mask4 = ( bytein & 0x10 ) >> 2;
    unsigned char mask  = mask2 | mask4 ;
    return ( bytein & 0xeb ) | mask;
}

我将每个操作都写在不同的行上，以使其更加清晰易懂。

- Sinan Ünür

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void swap_bits(uint32_t& n, int a, int b) {
    bool r = (n & (1 << a)) != 0;
    bool s = (n & (1 << b)) != 0;

    if(r != s) {
        if(r) {
            n |= (1 << b);
            n &= ~(1 << a);
        }
        else {
            n &= ~(1 << b);
            n |= (1 << a);
        }
    }
}

n是你想要交换的整数，a和b是你想要交换的位的位置（索引），从最不重要的位开始计数，从零开始。

使用你的示例（n = ???1?0??），你将如下调用函数：

swap_bits(n, 2, 4);

原理: 只有当位不同时才需要交换它们的位（这就是为什么 r != s）。在这种情况下，其中一个为1，另一个为0。之后，只需注意您想要执行一次位设置操作和一次位清除操作。

- thiagowfx

0

假设你的值是x，即x=???1?0??

这个操作可以切换这两个位：

x = x ^ ((1<<2) | (1<<4));

- aks

0

#include<stdio.h>

void printb(char x) {
    int i;
    for(i =7;i>=0;i--) 
        printf("%d",(1 & (x >> i)));
    printf("\n");
}

int swapb(char c, int p, int q) {
    if( !((c & (1 << p)) >> p) ^ ((c & (1 << q)) >> q) )
        printf("bits are not same will not be swaped\n");
    else {
        c = c ^ (1 << p);
        c = c ^ (1 << q);
    }
    return c;
}

int main() 
{
    char c = 10;
    printb(c);
    c = swapb(c, 3, 1);
    printb(c);
    return 0;
}

- Megharaj

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Skizz · Accepted Answer

尝试:

x ^= 0x14;

那会切换两个位。问题中有点不太清楚，因为你首先提到了交换，然后给出了一个切换的例子。无论如何，要交换这两个位：

x = precomputed_lookup [x];

如果 precomputed_lookup 是一个 256 字节的数组，那么这可能是最快的方法，这取决于内存速度相对于处理器速度的比率。否则，就是：

x = (x & ~0x14) | ((x & 0x10) >> 2) | ((x & 0x04) << 2);

编辑：关于位的翻转，还有一些信息。

当你使用异或运算符（^）把两个整数值相互异或时，异或运算将在位级别上执行，就像这样：

for each (bit in value 1 and value 2)
   result bit = value 1 bit xor value 2 bit

目的是让第一个值的第0位和第二个值的第0位做异或运算，第1位和第二个值的第1位以此类推。异或操作不会影响值中的其他位。实际上，它是在多个位上进行了并行位异或。

观察异或的真值表，你会发现用'1'对一个位进行异或操作可以有效地切换该位的状态。

因此，要切换位1和3，请写一个二进制数，在您想要切换位的位置放置1，在您想要保留值不变的位置放置0：

00001010

转换为十六进制：0x0a。您可以切换任意数量的位：

0x39 = 00111001

将切换位0、3、4和5