获取64位整数的低32位，哪种方法更好？

Question

我发现在一些答案中，他们建议使用

lower = (some_var << 32) >> 32;

但是我测试后发现以下代码更快：

lower = some_var & 0xffffffff;

那么哪个更好？前者在某些情况下是否更安全或编译器优化后更快？

- MoorLi

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some_var 的确切类型是什么？具体来说，它是无符号的吗？ - Suma

@Suma 是的，uint64_t。 - MoorLi

Answer 1

使用 & 进行掩码更好：

• & 对于有符号和无符号的 some_var 都是可靠的，而将负数右移位会产生一个实现定义的结果：

E1 >> E2 的值为 E1 向右移动 E2 位。[...] 如果 E1 具有有符号类型并且具有负值，则产生的值为实现定义。

• 在我所知道的每个 CPU 上（Z80、6502C、x86、68000、UltraSparc），按位与都是单个 CPU 指令，并且只需要一个时钟周期... 它极不可能比你提到的位移方法慢或占用更多的机器代码字节，尽管编译器可能会优化为按位与。

掩码的一个缺点是相对容易意外地拥有 7 或 9 个 F，而在 32 中的打字错误则很明显：还有其他方法可以生成掩码值，例如 (1LL<<32)-1，或者 hackish 但某种程度上优雅的 uint32_t(-1)。

当然，如果 lower 是 uint32_t，而 some_var 是 uint64_t，你可以让转换隐式进行，这样优化器甚至不需要意识到按位与在赋值之前就可以被删除，但这可能会给你一个编译器警告，你可以通过以下方式消除它...

uint32_t lower = static_cast<uint32_t>(some_var);

掩码主要在将值分配给另一个uint64_t时有用，或者当掩码不是应用于32个最低有效位时。

- Tony Delroy

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谢谢你！这真的非常详细和有帮助！ - MoorLi

Answer 2

使用AND进行掩码处理更好，因为它不依赖于值的符号。

但是获取低32位最有效的方法是将其赋值给一个32位变量。

uint64_t u = 0x1122334455667788;
uint32_t n;

n = static_cast<uint32_t>(u);  // 0x55667788

与按位与的区别在于CPU只取下部分而不进行任何逻辑操作。如果您有一个32位的CPU，它会忽略存储在第二个寄存器或内存位置中的上限值。如果您有一个64位的CPU，则有一个单一指令将32位值扩展（无符号）为64位值。

- harper

Answer 3

一个好的优化器会在两种情况下生成相同的代码。对我来说，这是最直接的方法：lower = some_var & 0xffffffff; 另一种形式可能会产生不必要的移位。

有时我使用联合来重叠变量，当我想要绝对确保编译器不会搞砸事情时。

例如：

typedef union {
    int64 QWORD;
    int32 DWORD[2];
} overlapper64;

overlapper someVariable;

然后按如下方式访问它：

someVariable.QWORD;

int32 myVar32 = someVariable.DWORD[0];

根据平台/编译器，重叠发生的顺序可能会有所不同。 一定要在您特定的平台上进行测试。 在C中，我使用一堆特定于平台的#ifdef来自动控制顺序。

- particle xlr8r

Answer 4

除了其他人说的，根据你使用的编译器，第二个选项可能更快，因为如果没有进行优化，第一个选项将被实现为2个CPU指令，而第二个选项只有1个CPU指令。这可能是你观察到使用第二个选项提高性能的原因。

- SIRBA

Answer 5

我认为两种方法都很好。然而，使用位运算符会是一种更好的（不确定是否有性能差异）方法，因为标准规定：

6.5.7 位移操作符

4 E1 << E2 的结果是将 E1 左移 E2 位；空出的位用零填充。如果 E1 具有无符号类型，则结果的值为 E1 × 2E2，对结果类型可表示的最大值加一取模后的余数。如果 E1 具有带符号类型和非负值，并且 E1 × 2E2 可以在结果类型中表示，则该值就是结果；否则，行为未定义。

- Rahul Tripathi