简单实用算法——字节位序反转

算法概述

反转一个字节说的是位序反转,别将它和大端转小端混淆了,所谓大端和小端指的是字节序。
字节位序反转的实现算法很多,就是看看谁的算法效率更高了。

高手不是能写出最美丽的程序而是能写出既美丽同时效率又是最高的程序。
如果一个人写的程序很美丽,很直观,只能说明该程序员对语言掌握的很好,但是语言毕竟只是工具,真正做事的是计算机,只有对计算机很了解,才能写出效率最高的程序。
正如文学家的文笔很多不如花季少女,但是花季少女永远也超越不了时代。

算法太多,这里只列出我掌握的一些,下面的算法名称是我自己取的不要当真

算法实现

分治法并行反转

它的算法是这样的:

  • 首先是2位2位为一组,交换前一半和后一半
  • 再4位4位为一组,交换前一半和后一半
  • 再8位为一组,交换前一半和后一半

比如说,将1 2 3 4 5 6 7 8 反转为8 7 6 5 4 3 2 1:

  • 2个2个为一组,交换前一半和后一半, 变成:2 1 4 3 6 5 8 7
  • 4个4个为一组,交换前一半和后一半, 变成:4 3 2 1 8 7 6 5
  • 再8个为一组,交换前一半和后一半, 变成:8 7 6 5 4 3 2 1

代码如下:

static byte ReverseBits(byte c)
{               
    c = (byte)(((byte)((byte)(c & 0x55) << 1)) | ((byte)((byte)(c & 0xAA) >> 1)));
    c = (byte)(((byte)((byte)(c & 0x33) << 2)) | ((byte)((byte)(c & 0xCC) >> 2)));
    c = (byte)(((byte)((byte)(c & 0x0F) << 4)) | ((byte)((byte)(c & 0xF0) >> 4)));
    return c;
}

由于C#语言特性,代码中强制转换较多:

由于移位运算符仅针对 int、uint、long 和 ulong 类型定义,因此运算的结果始终包含至少 32 位。 如果左侧操作数是其他整数类型(sbyte、byte、short、ushort 或 char),则其值将转换为 int 类型。

小表查表法

相比于分治法并行反转,它通过一个长度为16的表直接获取分治法并行反转的前两步交换操作的结果,使用了一点空间换取时间

//不多不少的静态数据
static byte[] sta_4 = new byte[16] 
{ 
    0x00, 0x08, 0x04, 0x0C, 0x02, 0x0A, 0x06, 0x0E, 
    0x01, 0x09, 0x05, 0x0D, 0x03, 0x0B, 0x07, 0x0F 
};
static byte ReverseBits(byte c)
{            
    byte d = 0; //没有判断            
    d |= (byte)((sta_4[c&0xF]) << 4);
    d |= sta_4[c>>4];
    return d;
}

全表查表法

简单粗暴,列出所有可能的结果(256个值),直接以要处理的值为索引在结果表中查询字节位序反转后的值。
此方法只适用于有大量数据需要处理的场景,表值是我使用前面的算法得到的

static byte[] sta_8 = new byte[256]
{
    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
};
static byte ReverseBits(byte c) 
{
    return sta_8[c];
}

64位内数据位序反转

算法主要步骤是从待处理值中取位值(按从低位到高位的顺序)依次存入结果值当中(按从高位到低位的顺序),总之取值、存值的顺序相反即可。
此算法代码支持64位内的任意二进制值的位序反转,代码如下:

//valueLength是待处理值的位数,如uint是32位数据
static UInt64 ReverseBits(UInt64 value, Int32 valueLength)
{
    UInt64 output = 0;
    for (var i = valueLength - 1; i >= 0; i--)
    {
        output |= (value & 1) << i;
        value >>= 1;
    }
    return output;
}     

任意位数据位序反转

其实经过上面的几个算法,我们可以发现对于任意位的二进制数据位序反转都可以归为两个步骤:

  • 以字节为单位将数据进行字节序反转
  • 依次对单个字节进行位序反转

参考文章

反转一个字节(详细解析)——CSDN
笔试题--反转一个字节——CSDN

posted @ 2020-07-31 15:03  time-flies  阅读(201)  评论(0编辑  收藏
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