GCC 内置的位运算函数

GCC（GNU Compiler Collection）为程序员提供了一系列内建位运算函数（built-in bitwise functions），这些函数直接映射为高效的硬件指令或内联实现，极大地提升了性能，尤其适用于系统编程、编解码、图像处理及性能关键场景。

__builtin_clz(x)

含义：Count Leading Zeros，返回x的前导0的个数。
参数类型：unsigned int、unsigned long、unsigned long long。
注意：x不能为0，结果未定义。

unsigned int x = 16; // 二进制：0001 0000
int lz = __builtin_clz(x); // 对32位系统，返回27

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__builtin_ctz(x)

含义：Count Trailing Zeros，返回x尾部0的个数。
注意：同样地，x不能为0。

unsigned int x = 16; // 二进制：0001 0000
int tz = __builtin_ctz(x); // 返回4

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__builtin_popcount(x)

含义：Population Count，返回x中置位（1）的数量。

unsigned int x = 29; // 二进制：0001 1101
int ones = __builtin_popcount(x); // 返回4

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__builtin_parity(x)

含义：返回x中1的个数是否为奇数（奇校验）。返回值为0或1。

unsigned int x = 29; // 4个1，返回0（偶数）

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__builtin_ffs(x)

含义：返回x中最低有效的置位（1）的位索引（从1开始），若x == 0，返回0。

int r = __builtin_ffs(18); // 二进制：10010，最低的1在第2位，返回2

注意：与 __builtin_ctz(x) + 1 功能相似，但 __builtin_ctz 未定义0输入，而 __builtin_ffs(0) 返回0，安全性更高。

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字节交换函数

字节序（Endian）转换是跨平台编程中常见的问题，GCC 提供了高效的字节交换函数：

1. __builtin_bswap16(x)
2. __builtin_bswap32(x)
3. __builtin_bswap64(x)

含义：对16/32/64位整数进行大小端交换。

uint32_t val = 0x12345678;
uint32_t swapped = __builtin_bswap32(val); // 结果：0x78563412

用途：常用于网络协议（网络字节序为大端）与本地字节序之间的转换。

注意事项与最佳实践

• 函数名称中会附带位数后缀，如 __builtin_clz, __builtin_clzl, __builtin_clzll 分别对应 int、long、long long 类型。其他几个函数同理。
• 对于 __builtin_clz、__builtin_ctz 等，输入为0会导致未定义行为，使用前务必检查。
• 这些函数通常被编译器翻译为一条CPU指令（如 x86 的 bsr, bsf, popcnt 等），性能优于手写循环。
• 建议使用明确的类型如 uint32_t/uint64_t，并根据位宽选择正确版本（如 __builtin_bswap64）。避免在带符号类型上使用，统一输入无符号数保证一致性。
• 这些函数是 GCC 专有的，在其他编译器（如 MSVC）中未必支持。若需要跨平台，建议使用宏封装或条件编译。