使用 C 中的按位运算符检查数字是否非零答案

【问题标题】：Check if a number is non zero using bitwise operators in C使用 C 中的按位运算符检查数字是否非零
【发布时间】：2011-04-24 03:36:19
【问题描述】：

使用除! 之外的合法运算符检查数字x 是否非零。

示例：isNonZero(3) = 1、isNonZero(0) = 0

法律操作：~&^|+<<>>

注意：只能使用位运算符。不能使用if、else、for等。
Edit1：操作员的数量不应超过 10 个。
Edit2：考虑int 的大小为 4 个字节。

int isNonZero(int x) {
return ???;
}

使用! 这将是微不足道的，但不使用! 怎么办？

【问题讨论】：

在 C 中，非零数是非零的。您没有明确要求该函数返回 1 或 0（但这是隐含的）。请明确定义您的函数将返回什么。你给出的只是 2 个例子。
至少让函数返回一个布尔值以避免像return x; 这样的答案（是的，我做到了）。一点上下文也会很有趣，为什么你（任何人）需要编写这样一个具有这样约束的函数？
+ 从什么时候开始是位运算符？
人们真的会在面试中问这种蹩脚的问题吗？它的总 BS（请原谅使用过度技术术语）
这个面试问题的正确答案是：你打算对结果做什么？比较？那么为什么我不能首先进行比较呢？我的时间有更好的事情要做，你没能被选为我的老板。

标签： c bit-manipulation

【解决方案1】：

adamk 函数的对数版本：

int isNotZero(unsigned int n){
  n |= n >> 16;
  n |= n >> 8;
  n |= n >> 4;
  n |= n >> 2;
  n |= n >> 1;
  return n & 1;
};

也是最快的一个，但在组装中：

xor eax, eax
sub eax, n  // carry would be set if the number was not 0
xor eax, eax
adc eax, 0  // eax was 0, and if we had carry, it will became 1

可以用C编写类似于汇编版本的东西，你只需要使用符号位和一些差异。

编辑：这是我能想到的最快的 C 版本：

1) 对于负数：如果设置了符号位，则数字不为0。

2) 为正：0 - n 为负，可以像案例 1 一样检查。我在合法操作列表中没有看到 -，所以我们将使用 ~n + 1 代替.

我们得到了什么：

int isNotZero(unsigned int n){ // unsigned is safer for bit operations
   return ((n | (~n + 1)) >> 31) & 1;
}

【讨论】：

您在这里使用了 11 个位运算符。 (5x|, 5x>>, 1x&)。
"sub" 不是按位运算；如果我们允许-1，C++ 解决方案会更容易
你为什么不直接使用 neg？ xor eax, eax;否定 ecx; adc eax, 0;
isNotZero 解释...如果 n = 0，n 和 -n 都只能是非负数。 (n | (~n + 1)) 本质上是与 -n 进行“或”运算。然后将最高有效位（即符号位）向右移动 31 以将其置于最低有效位位置。然后用 1 "and" 去掉任何符号扩展的符号。
有一个更短的汇编程序解决方案，它不会修改输入变量（通常更好）：xor eax, eax; cmp eax, n; adc eax, 0;

【解决方案2】：

int isNonZero(unsigned x) {
    return ~( ~x & ( x + ~0 ) ) >> 31;
}

假设 int 是 32 位（/* 编辑：这部分不再适用，因为我将参数类型更改为无符号 */ 并且有符号移位的行为与无符号移位完全相同）。

【讨论】：

我猜这是假设第二个补码表示 (x + ~0 == x-1)
在我的 Intel 32 位 Linux 机器上，此函数返回 0 或 -1。如果你从零中减去答案，你就会有一个工作函数（在英特尔 32 位和 gcc 上）。
@PP：这就是为什么我写了“假设......有符号的班次表现得与无符号班次完全一样”。这表明在带有 gcc 的 Intel 32 位上，它们的行为不同，这完全没问题。事实上，当x 是有符号类型时，这个解决方案会出现更多问题。稍后我会详细说明...
我将参数类型更改为无符号，不仅因为当参数具有负值时，对有符号类型的按位运算的结果是实现定义的，而且还因为不能可靠地使用加减非零常量要么，那么至少有一个 x 值，+ 或 - 将导致溢出，从而导致未定义的行为。

【解决方案3】：

为什么要把事情复杂化？

int isNonZero(int x) {
    return x;
}

之所以有效，是因为 C 的约定是每个非零值都表示为真，因为 isNonZero 返回一个合法的 int。

有人认为，isNonZero() 函数应该为输入 3 返回 1，如示例所示。

如果您使用 C++，它仍然像以前一样简单：

int isNonZero(int x) {
    return (bool)x;
}

如果你提供 3，现在函数返回 1。

好的，它不适用于缺少正确布尔类型的 C。

现在，如果您假设整数是 32 位并且允许使用 +：

int isNonZero(int x) {
    return ((x|(x+0x7FFFFFFF))>>31)&1;
}

在某些架构上，您甚至可以避免最终的&1，只需将 x 强制转换为无符号（运行时成本为空），但这是未定义的行为，因此取决于实现（取决于目标架构是否使用有符号或逻辑右移）。

int isNonZero(int x) {
    return ((unsigned)(x|(x+0x7FFFFFFF)))>>31;
}

【讨论】：

因为这不是要求。要求是非零返回 1
@Matt Ellen：让 OP 写出来好吗？当他写下他的问题时，他说Example: isNonZero(3) = 1，并且示例不是必需的，从来没有。
好的，但是你的函数也不符合示例。

【解决方案4】：

int is_32bit_zero( int x ) {
    return 1 ^ (unsigned) ( x + ~0 & ~x ) >> 31;
}

减 1。（~0 在二进制补码机上生成负一。这是一个假设。）
仅选择翻转为 1 的翻转位。
如果x 为零，则只有在减一时才会翻转最高有效位。
将最高有效位移至最低有效位。

我数了六个运算符。我可以使用0xFFFFFFFF 五个。对unsigned 的强制转换不依赖于二进制补码机器；v)。

http://ideone.com/Omobw

【讨论】：

当 x = 0x80000000 时返回 0
也不允许使用 + 和 -，如果你允许它们会更简单。
@kriss: + 被明确允许，见列表。
@Matt：不，这就是为什么会有unsigned 的演员表。查看 ideone 链接。
@usta：是的，没想到。幸运的是，修复很简单 - 使用 AND NOT 代替 XOR。

【解决方案5】：

按位或数字中的所有位：

int isByteNonZero(int x) {
    return ((x >> 7) & 1) |
           ((x >> 6) & 1) |
           ((x >> 5) & 1) |
           ((x >> 4) & 1) |
           ((x >> 3) & 1) |
           ((x >> 2) & 1) |
           ((x >> 1) & 1) |
           ((x >> 0) & 1);
}

int isNonZero(int x) {
  return isByteNonZero( x >> 24 & 0xff ) |
         isByteNonZero( x >> 16 & 0xff ) |
         isByteNonZero( x >> 8  & 0xff ) |
         isByteNonZero( x       & 0xff );
}

【讨论】：

我不确定创建第二个函数是否算作按位运算符 :)
我不是 C 人，我想知道为什么 return x|(x&0); 不起作用？把它放在你的答案中，我会投赞成票。
@Spencer Ruport：不，这行不通。这是一个微不足道的身份；它只会返回 x。结果必须是 1 或 0。
@JoshD：为什么结果应该是 1 或 0，在 C 中每个非零值都表示为真。身份完美运行 :-) 如果您不相信，请尝试。
@kriss：是的，你是对的，但问题要求返回一个值为 0 或 1 的整数，正如你从问题中的函数中看到的那样。否则你只会返回 x ，这将是一个微不足道的问题。

【解决方案6】：

基本上你需要或位。例如，如果你知道你的数字是 8 位宽：

int isNonZero(uint8_t x)
{
    int res = 0;
    res |= (x >> 0) & 1;
    res |= (x >> 1) & 1;
    res |= (x >> 2) & 1;
    res |= (x >> 3) & 1;
    res |= (x >> 4) & 1;
    res |= (x >> 5) & 1;
    res |= (x >> 6) & 1;
    res |= (x >> 7) & 1;

    return res;
}

【讨论】：

我想你有<<，你的意思是有>>
您在这里使用了 24 个位运算符。
@haylem：当我写答案时，这不是要求之一

【解决方案7】：

我的解决方案如下，

int isNonZero(int n)
{
    return ~(n == 0) + 2;
}

【讨论】：

== 不在合法运营商列表中。

【解决方案8】：

我在 C 中的解决方案。没有比较运算符。不适用于 0x80000000。

#include <stdio.h>

int is_non_zero(int n) {
    n &= 0x7FFFFFFF;
    n *= 1;
    return n;
}

int main(void) {
    printf("%d\n", is_non_zero(0));
    printf("%d\n", is_non_zero(1));
    printf("%d\n", is_non_zero(-1));
    return 0;
}

【讨论】：

is_non_zero(-1) 返回 2147483647 = 0x7FFFFFFF（在具有 32 位 2 的补码 int 的系统上，例如 x86：godbolt.org/g/DJFTNu）。 n *= 1; 是一个空操作（请注意，它甚至不会出现在 asm 输出中，is_non_zero 只返回低 31 位）。也就是说，这根本不会产生 0 / 1 返回值。

【解决方案9】：

我的解决方案，虽然与您的问题不太相关

int isSign(int x)

{
//return 1 if positive,0 if zero,-1 if negative
return (x > 0) - ((x & 0x80000000)==0x80000000)
}

【讨论】：

根据问题不允许比较运算符；只有位运算符。

【解决方案10】：

if(x)
     printf("non zero")
else
     printf("zero")

【讨论】：

【解决方案11】：

以下函数示例应该适合您。

bool isNonZero(int x)
{
    return (x | 0);
}

【讨论】：

只要确保 bool 被识别为一种类型。在使用 gcc 的 Linux 上，我必须将这些添加到我的 .c 文件中：只需确保将 bool 定义为一种类型。否则我在 Linux 上使用 gcc 执行此操作，因此 bool 将被识别为一种类型。 #define true 1 #define false 0 typedef char bool;
"| 0" 完全没用。这里的所有工作都是通过转换为 bool 来完成的，如果您使用的是具有真正 bool 类型而不是 typedef 到整数类型的语言。

【解决方案12】：

如果非零，该函数将返回x，否则返回0。

int isNonZero(int x)
{
    return (x);
}

【讨论】：

【解决方案13】：

int isNonZero(int x)

{

if (  x & 0xffffffff)
    return 1;
else
    return 0;

}

假设 Int 是 4 个字节。

如果值不为零，它将返回1

如果值为零，则返回 0。

【讨论】：

if 语句不允许出现在问题中。

【解决方案14】：

返回 ((val & 0xFFFFFFFF) == 0 ? 0:1);

【讨论】：

这仍然是if，只是简写形式！此外，val & 0xFFFFFFFF == val.