面试题:以最快的速度计算一个字节(byte)里有多少bit被置1

本文详细分析并对比了四种计算整数中1的位数的算法,包括循环遍历、位操作优化、位掩码组合以及位运算快速计数方法,通过实例展示算法的原理和性能特点。

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算法一

int count_ones(unsigned a)
{
    int count = 0;

    for (; a; a >>= 1) {
        if (a & 1) count ++;
    }

    return count;
}

算法二

int count_ones(unsigned a)
{
    int count = 0;

    for (; a; count ++) {
        a &= a - 1;
    }

    return count;
}

算法三

int count_ones(unsigned a)
{
    a = (a & 0x55555555) + ((a >> 1) & 0x55555555);
    a = (a & 0x33333333) + ((a >> 2) & 0x33333333);
    a = (a & 0x0f0f0f0f) + ((a >> 4) & 0x0f0f0f0f);
    a = (a & 0x00ff00ff) + ((a >> 8) & 0x00ff00ff);
    a = (a & 0x0000ffff) + ((a >> 16) & 0x0000ffff);

    return a;
}

算法四

const int ones[] = {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 count_ones(unsigned a)
{
    return (ones[a & 0xff] + ones[(a >> 8) & 0xff] + ones[(a >> 16) & 0xff]\
        + ones[(a >> 24) & 0xff]);
}

 

分析算法二:

一个32位的数减1相当于把从后数第一个1及之后的数取反,然后与原数相与就把这些去反以后的位清0了,等到所有的位都被清0,就会跳出循环。这种算法的效率跟1的个数有关,有多少1就循环多少次。老牛了。

 

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