重写代码没有分支

Question

我有以下功能：

uint16_t foo(uint8_t input)
{
     uint16_t N = 38;
     if (!(input&1))
     {
       N = 0;
     }
     else 
     {
        if ((input&2) >> 1)
        {
           N = ~N;
        }
     }
     return N;
}

我想在不使用ifs 的情况下重写它，就像一个内联函数，将38 转换为0,38 或65497，给定input，并且只使用标准C 位旋转操作。

关键不是编译器可以内联函数，或者函数要快，而只是为了摆脱分支并保持恒定时间，而不管input 是什么。

第一个if很简单：

uint16_t c = ((input&1)^1)-1;
N &= c;

但我很难找到一些简单的方法来进行条件否定。

Answer 1

7 次操作，没有乘法，基于 njuffa 的评论：

uint16_t bar(uint8_t input)
{
    return (0-(input&1)) & (38^(0-((input>>1)&1)));
}

Demo

Answer 2

这应该可行。

#include<stdio.h>

int main(){
    int input;
    scanf("%d", &input);
    int N = (input&1)*(((input&2)*32729)+(38+((input&2)>>1)));
    printf("%d\n", N);
}

Answer 3

为了保证运行时和平衡的代码，必须使用汇编程序。由于 MSP430 汇编器没有那么复杂，所以这不是什么大问题。请注意，诸如乘法之类的事情很可能由具有非恒定运行时间的函数执行。

避免分支是没有意义的。相反，您应该平衡执行路径，例如使用 NOP（无操作）。 MSP430 用户指南包括指令时序。请注意，时序是固定的，这与 ARM 等较大的 CPU 不同，后者取决于管道和内存时序。

一般说明：通过 CPU 周期进行计时通常是个坏主意。像 MSP430 这样的现代 MCU 提供内部定时器和与 ADC 等其他外设的连接以触发，例如具有高度准确的时序转换。它们可以生成中断，以便 CPU 可以准备下一个值或读取样本，而无需关心代码的运行时间（除非花费的时间太长）。

使用 CPU 来禁止例如中断，因为这会破坏任何时间。这使得维护这样的系统成为一场噩梦。

Answer 4

如果我以正确的方式阅读您的代码，它会显示以下内容：

uint16_t foo1(uint8_t input)
{
     uint16_t N = 38;

     uint16_t bit0 = input & 1;
     uint16_t nbit0 = bit0 ^ 1;
     uint16_t bit1 = (input & 2) >> 1;
     uint16_t nbit1 = bit1 ^ 1;

     N = nbit0 * ( bit1 * ~N + nbit1 * N);

     return N;
}

随意摆脱变量。它们只是为了便于阅读。

Answer 5

使用表查找。

uint16_t foo(uint8_t input) {
    int index= input & 0x3;
    const uint16 table[4]= {0,~38,0,38};
    return table[index];
}