交换给定整数中的两位答案

【问题标题】：Swap two bits in given integer交换给定整数中的两位
【发布时间】：2021-10-28 20:02:33
【问题描述】：

我看到了一些解决方案，但看起来很复杂。

在 n,m 个位置的两个位之间交换最有效的方法是什么？

int swapBits(int num, int nPostion, int mPosition);

【问题讨论】：

检查这个：Link 1
为什么交换两位的函数需要int num？
取 int ，交换两位数并在交换后返回新数

标签： c bit-manipulation byte bitwise-operators bit

【解决方案1】：

给定整数 n，我们希望在其中交换位置 p1 和 p2 的位：算法：如果两个位相同，则返回相同的值，否则使用 XOR 切换两个位。

unsigned int swapBits(unsigned int n, unsigned int p1, unsigned int p2)
{
  return (((n >> p1) & 1) == ((n >> p2) & 1) ? n : ((n ^ (1 << p2)) ^ (1 << p1)));
}

【讨论】：

如果p2 比unsigned int 的宽度小一，(1 << p2) 应该是(1U << p2) 以避免未定义的行为。 (1 << p1) 的备注相同

【解决方案2】：

不确定它是否最有效，但我认为这是一个相当简单的解决方案：

int bitValue(int num, int nPosition)
{
    return ( num >> nPosition ) % 2;
}

int swapBits(int num, int nPosition, int mPosition)
{
    int nVal = bitValue(num, nPosition);
    int mVal = bitValue(num, mPosition);

    if (nVal != mVal)
    {
        if (1 == nVal)
        {
           num -= 1<<nPosition;
           num += 1<<mPosition;
        }
        else
        {
            num += 1<<nPosition;
            num -= 1<<mPosition;
        }
    }

    return num;
}

以更高效（但可读性较差）的方式提供相同的解决方案：

int swapBits2(int num, int nPosition, int mPosition)
{
    int nVal = ( num >> nPosition ) % 2;
    int mVal = ( num >> mPosition ) % 2;

    if (nVal != mVal)
    {
        num += (-1)*(2*mVal-1)*(1<<mPosition) + (-1)*(2*nVal-1)*(1<<nPosition);
    }

    return num;
}

最后：

int swapBits3(int num, int nPosition, int mPosition)
{
    int k = ((num >> nPosition) & 1) - (num >> mPosition) & 1;

    return num + k*(1<<mPosition) - k*(1<<nPosition);
}

【讨论】：

【解决方案3】：

您可以使用以下宏来避免临时变量或堆栈分配，它适用于任何数字类型：

#define SWAP_BITS(v,b1,b2) \
    (((v)>>(b1)&1)==((v)>>(b2)&1)?(v):(v^(1ULL<<(b1))^(1ULL<<(b2))))

【讨论】：

当内联函数可以正常工作时，为什么还要使用一个多次评估其参数的宏？
此外，如果 b1 或 b2 将最高有效位转换为 1 转换为这么多的目标类型具有未定义的行为。
是的，我在我的代码中将其更新为1ULL，现在也更新了我的答案。关于多重评估：是的，这可能会发生，但编译器不应该优化它，至少如果它知道没有副作用？如果将函数调用作为表达式传入，宏可能不是最佳选择。但是如果你想将它用于多种类型，你需要多次定义你的函数，不是吗？
编译器无法优化多次评估，宏被逐字替换，编译器必须假定多次评估是有意的。宏对于处理多种类型确实很有用，但新的_Generic 构造允许宏扩展为根据参数类型确定的适当函数调用，例如：#define swap_bits(v,b1,b2) _Generic(+(v), unsigned int: swap_bits_uint, unsigned long: swap_bits_ulong, unsigned long long: swap_bits_ullong)(v, b1, b2)

【解决方案4】：

基于 Shay Gold 的解决方案，这里有一些错误修复：

unsigned int swapBits(unsigned int num, int nPosition, int mPosition) {
    unsigned int k = ((num >> nPosition) & 1) - ((num >> mPosition) & 1);
    return num + k * ((1U << mPosition) - (1U << nPosition));
}

【讨论】：

不应该反过来吗：int swapBits(int num... 和unsigned int ...position？另外我不明白为什么移动负数应该是未定义的（尽管您的链接建议这样做），如果我们将位移入符号位或移出符号位，则该数字只会交换符号。它不是特别未定义，但可能出乎意料......
@hurikhan77：C 标准明确指出，移动负值具有未定义的行为。在其他语言（例如 java 和 javascript）中，使用 >> 将负值向右移动被定义为执行符号复制，并且一些 C 实现会这样做，但 C 标准并没有强制要求这种行为，也没有你描述的那种行为。

【解决方案5】：

Parth Bera 的答案包含一个分支，但异或的想法是正确的。

假设 p 的位是????A????B???。要将 A 变为 B 并将 B 变为 A，我们需要用 (A^B) 对它们进行异或。为方便起见，让X=A^B

????A????B???
0000X0000X000 ^
=============
????B????A???

我们如何生成0000X0000X000？

????A????B???    >> (nPostion-mPostion)
?????????A???    ^
?????????X???    & (1<<mPosition)
000000000X000    << (nPostion-mPostion)
0000X00000000    +
0000X0000X000    ^
????A????B???    ==
????B????A???

【讨论】：