Работа с битами на языке программирования D

В данной статье рассматриваются полезные вспомогательные функции для работы с битами на языке программирования D. Побитовые операции играют важную роль в низкоуровневом программировании, оптимизации алгоритмов и эффективном использовании ресурсов. Мы представим несколько функций, каждая из которых будет подробно прокомментирована и снабжена примерами использования.

Работа с битами

Значимость и применение побитовых операций

Побитовые операции позволяют манипулировать отдельными битами числа, что делает их важным инструментом в программировании микроконтроллеров, работе с сетевыми протоколами, алгоритмах сжатия и шифрования. Правильное использование этих операций позволяет существенно повысить производительность и уменьшить потребление памяти.

Вспомогательные функции для работы с битами

Догарифм по основанию два с округлением в большую сторону

uint ceilLog2(uint x) {
    if (x == 0) return 0;
    return cast(uint)(bitSizeOf(x) - __builtin_clz(x - 1));
}

Функция вычисляет логарифм по основанию два от числа с округлением в большую сторону. Она использует встроенную функцию __builtin_clz, которая считает количество ведущих нулей.

Логарифм по основанию два с округлением в меньшую сторону

uint floorLog2(uint x) {
    return cast(uint)(bitSizeOf(x) - 1 - __builtin_clz(x));
}

Функция вычисляет логарифм по основанию два от числа с округлением в меньшую сторону, также используя __builtin_clz.

Следующая степень двойки, близкая к заданному числу

uint nextPowerOfTwo(uint x) {
    if (x == 0) return 1;
    x--;
    x |= x >> 1;
    x |= x >> 2;
    x |= x >> 4;
    x |= x >> 8;
    x |= x >> 16;
    return x + 1;
}

Функция возвращает следующую степень двойки, которая не меньше заданного числа.

Подсчет количества установленных в единицу бит

uint countSetBits(uint x) {
    uint count = 0;
    while (x != 0) {
        count += x & 1;
        x >>= 1;
    }
    return count;
}

Функция считает количество установленных в единицу бит в числе.

Подсчет количества нулевых бит в конце числа

uint countTrailingZeros(uint x) {
    return x == 0 ? bitSizeOf(x) : __builtin_ctz(x);
}

Функция возвращает количество нулевых бит в конце числа, используя встроенную функцию __builtin_ctz.

Номер последнего сброшенного в ноль бита

uint findLastZeroBit(uint x) {
    return countTrailingZeros(~x);
}

Функция находит номер последнего сброшенного в ноль бита в числе.

Номер последнего установленного бита

uint findLastSetBit(uint x) {
    return x == 0 ? 0 : bitSizeOf(x) - 1 - __builtin_clz(x);
}

Функция находит номер последнего установленного бита в числе.

Установка нужного бита в единицу

uint setBit(uint x, uint pos) {
    return x | (1 << pos);
}

Функция устанавливает бит в указанной позиции в единицу.

Получение значения нужного бита

uint getBit(uint x, uint pos) {
    return (x >> pos) & 1;
}

Функция возвращает значение бита в указанной позиции.

Удаление нулей в конце числа

uint removeTrailingZeros(uint x) {
    return x >> countTrailingZeros(x);
}

Функция удаляет все нули в конце числа, сдвигая его вправо.

Выравнивание двух значений

uint alignValues(uint x, uint y) {
    return (x + y - 1) & ~(y - 1);
}

Функция выравнивает значение x по ближайшему большему или равному значению, кратному y.

Переключение нужного бита

uint toggleBit(uint x, uint pos) {
    return x ^ (1 << pos);
}

Функция переключает значение бита в указанной позиции.

Извлечение битового поля

uint extractBits(uint x, uint pos, uint len) {
    return (x >> pos) & ((1 << len) - 1);
}

Функция извлекает битовое поле заданной длины, начиная с указанной позиции.

Сброс необходимого бита

uint clearBit(uint x, uint pos) {
    return x & ~(1 << pos);
}

Функция сбрасывает бит в указанной позиции в ноль.

Создание битовой маски

uint createBitMask(uint len) {
    return (1 << len) - 1;
}

Функция создает битовую маску заданной длины.

Дополнение до 2

int twoComplement(int x) {
    return ~x + 1;
}

Функция возвращает двоичное дополнение числа до 2.

Дополнение до 1

uint oneComplement(uint x) {
    return ~x;
}

Функция возвращает двоичное дополнение числа до 1.

В данной статье были представлены вспомогательные функции для работы с битами на языке программирования D. Эти функции могут быть полезны при разработке высокопроизводительных и оптимизированных приложений, требующих работы с битовыми операциями.

При использовании данных функций важно учитывать разрядность используемых данных и специфику архитектуры целевой системы. Некоторые из функций могут быть менее эффективны на 32-битных системах по сравнению с 64-битными системами.

---

---