C ++中的零填充数组

Question

我有一个 uint8_t 数组，包含三个字节。

// 1010 1010 1011 1011 1000 0000
uint8_t command[3] = {0xAA, 0xBB, 0x80};

我现在想在左侧用 7 个零填充数组，最终创建以下数组（我不关心第 4 个字节）：

// 0000 0001 0101 0101 0111 0111 0000 0000
uint8_t expected_output[4] = {0x01, 0x55, 0x77, 0x00};

在 C++ 中实现这种零填充的最佳方法是什么？

Answer 1

使用std::bitset的解决方案：

std::array<std::uint8_t, 4>
left_pad(const std::array<std::uint8_t, 3>& in) {
    using Bitset = std::bitset<8 * 4>;
    Bitset bitset;

    for (auto b = in.begin(); b != in.end(); ++b, bitset <<= 8)
        bitset |= Bitset{*b};
    bitset >>= 7;

    std::array<std::uint8_t, 4> out;
    for (auto b = out.rbegin(); b != out.rend(); ++b, bitset >>= 8)
        *b = (bitset & Bitset{0xFF}).to_ulong();

    return out;
}

然后：

void foo(std::uint8_t[4]);

void bar() {
    std::array<std::uint8_t, 3> command{0xCA, 0xBB, 0x80};
    std::array<std::uint8_t, 4> out = left_pad(command);
    foo(out.data());
}

如果输入长度固定为 3 个字节并且不需要对更大长度进行泛化，则可以将 std::bitset<8 * 4> 替换为 std::uint32_t。

cmets讨论后补充。

此等效版本

std::array<std::uint8_t, 4>
left_pad2(const std::array<std::uint8_t, 3>& in) {
    using Bitset = std::bitset<8 * 4>;
    Bitset bitset;

    for (auto b = in.begin(); b != in.end(); ++b) {
        bitset <<= 8;
        bitset |= Bitset{*b};
    }
    bitset <<= 1;

    std::array<std::uint8_t, 4> out;
    for (auto b = out.rbegin(); b != out.rend(); ++b, bitset >>= 8)
        *b = (bitset & Bitset{0xFF}).to_ulong();

    return out;
}

为better assembly code 提供GCC 和-O3 优化：

left_pad2(std::array<unsigned char, 3ul> const&):
        movzx   eax, BYTE PTR [rdi]
        movzx   edx, BYTE PTR [rdi+1]
        sal     rax, 8
        or      rax, rdx
        movzx   edx, BYTE PTR [rdi+2]
        sal     rax, 8
        or      rax, rdx
        add     rax, rax
        bswap   eax
        ret

对

left_pad(std::array<unsigned char, 3ul> const&):
        movzx   eax, BYTE PTR [rdi]
        movzx   edx, BYTE PTR [rdi+1]
        sal     rax, 8
        or      rax, rdx
        movzx   edx, BYTE PTR [rdi+2]
        sal     rax, 8
        or      rax, rdx
        sal     rax, 8
        mov     rdx, rax
        shr     rdx, 7
        mov     BYTE PTR [rsp-1], dl
        mov     rdx, rax
        shr     rdx, 15
        mov     BYTE PTR [rsp-2], dl
        mov     rdx, rax
        shr     rax, 31
        shr     rdx, 23
        mov     BYTE PTR [rsp-4], al
        mov     BYTE PTR [rsp-3], dl
        mov     eax, DWORD PTR [rsp-4]
        ret