将 4 字节整数交错到 8 字节整数

Question

我目前正在创建一个函数，它接受两个 4 字节无符号整数，并返回一个 8 字节无符号长整数。我试图以this research 描述的方法为基础，但我所有的尝试都没有成功。我正在使用的具体输入是：0x12345678 和0xdeadbeef，我正在寻找的结果是0x12de34ad56be78ef。这是我迄今为止的工作：

unsigned long interleave(uint32_t x, uint32_t y){
    uint64_t result = 0;
    int shift = 33;

    for(int i = 64; i > 0; i-=16){
        shift -= 8;
        //printf("%d\n", i);
        //printf("%d\n", shift);
        result |= (x & i) << shift;
        result |= (y & i) << (shift-1);
    }
}

但是，此函数不断返回 0xfffffffe，这是不正确的。我正在使用以下方法打印和验证这些值：

printf("0x%x\n", z);

输入的初始化如下：

uint32_t x = 0x12345678;
uint32_t y = 0xdeadbeef;

非常感谢您对此主题的任何帮助，C 对我来说是一门非常困难的语言，按位运算更是如此。

Answer 1

这可以基于interleaving bits 完成，但会跳过一些步骤，因此它只会交错字节。相同的想法：首先分几步展开字节，然后将它们组合起来。

这是计划，以我惊人的手绘技巧进行说明：

在 C 中（未测试）：

// step 1, moving the top two bytes
uint64_t a = (((uint64_t)x & 0xFFFF0000) << 16) | (x & 0xFFFF);
// step 2, moving bytes 2 and 6
a = ((a & 0x00FF000000FF0000) << 8) | (a & 0x000000FF000000FF);
// same thing with y
uint64_t b = (((uint64_t)y & 0xFFFF0000) << 16) | (y & 0xFFFF);
b = ((b & 0x00FF000000FF0000) << 8) | (b & 0x000000FF000000FF);
// merge them
uint64_t result = (a << 8) | b;

---

有人建议使用 SSSE3 PSHUFB，它会起作用，但有一条指令可以一次性进行字节交错，punpcklbw。所以我们真正需要做的就是将值传入和传出向量寄存器，然后这条指令就会处理它。

未测试：

uint64_t interleave(uint32_t x, uint32_t y) {
  __m128i xvec = _mm_cvtsi32_si128(x);
  __m128i yvec = _mm_cvtsi32_si128(y);
  __m128i interleaved = _mm_unpacklo_epi8(yvec, xvec);
  return _mm_cvtsi128_si64(interleaved);
}

Answer 2

使用位移和按位操作（与字节顺序无关）：

uint64_t interleave(uint32_t x, uint32_t y){

    uint64_t result = 0;

    for(uint8_t i = 0; i < 4; i ++){
        result |= ((x & (0xFFull << (8*i))) << (8*(i+1)));
        result |= ((y & (0xFFull << (8*i))) << (8*i));
    }

    return result;
}

使用指针（取决于字节序）：

uint64_t interleave(uint32_t x, uint32_t y){

    uint64_t result = 0;

    uint8_t * x_ptr = (uint8_t *)&x;
    uint8_t * y_ptr = (uint8_t *)&y;
    uint8_t * r_ptr = (uint8_t *)&result;

    for(uint8_t i = 0; i < 4; i++){
        *(r_ptr++) = y_ptr[i];
        *(r_ptr++) = x_ptr[i];
    }

    return result;

}

注意：此解决方案采用 little-endian 字节顺序

Answer 3

你可以这样做：

uint64_t interleave(uint32_t x, uint32_t y)
{
     uint64_t z;

     unsigned char *a = (unsigned char *)&x;   // 1
     unsigned char *b = (unsigned char *)&y;   // 1
     unsigned char *c = (unsigned char *)&z;

     c[0] = a[0];
     c[1] = b[0];
     c[2] = a[1];
     c[3] = b[1];
     c[4] = a[2];
     c[5] = b[2];
     c[6] = a[3];
     c[7] = b[3];

     return z;
}

根据订购要求，在标有1 的线上互换a 和b。

带有移位的版本，其中y 的 LSB 始终是输出的 LSB，如您的示例所示，是：

uint64_t interleave(uint32_t x, uint32_t y)
{
     return 
           (y & 0xFFull)
         | (x & 0xFFull)       << 8
         | (y & 0xFF00ull)     << 8
         | (x & 0xFF00ull)     << 16
         | (y & 0xFF0000ull)   << 16
         | (x & 0xFF0000ull)   << 24
         | (y & 0xFF000000ull) << 24
         | (x & 0xFF000000ull) << 32;
}

我尝试过的编译器似乎没有很好地优化任何一个版本，所以如果这是一个性能关键的情况，那么可能来自 cmets 的内联汇编建议是要走的路。

Answer 4

使用联合双关语。便于编译器优化。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>

typedef union
{
        uint64_t u64;
        struct 
        {
            union
            {
                uint32_t a32;
                uint8_t a8[4]
            };
            union
            {
                uint32_t b32;
                uint8_t b8[4]
            };
        };
        uint8_t u8[8];
}data_64;

uint64_t interleave(uint32_t a, uint32_t b)
{
    data_64 in , out;

    in.a32 = a;
    in.b32 = b;



    for(size_t index = 0; index < sizeof(a); index ++)
    {

        out.u8[index * 2 + 1] = in.a8[index];
        out.u8[index * 2 ] = in.b8[index];
    }
    return out.u64;
}


int main(void)
{

    printf("%llx\n", interleave(0x12345678U, 0xdeadbeefU)) ;
}