使用编码器/解码器逻辑门规则在 C++ 中编码/解码数据 [关闭]答案

【问题标题】：Encoding/Decoding data in c++ using encoder/decoder logic gate rules [closed]使用编码器/解码器逻辑门规则在 C++ 中编码/解码数据 [关闭]
【发布时间】：2019-09-27 10:18:44
【问题描述】：

有没有办法以模拟编码器（或解码器）逻辑门的方式处理 c++ 中的位（c 也可以！）？

例如：将一个字节（8 位）编码为 3 位，或将一个字（16 位）编码为 4 位，反之亦然。就像编码器和解码器逻辑门一样。

这样做的目标是数据压缩（我知道有更好的方法，但这是过程的一个阶段，出于项目目的必须以这种方式完成）

编码器逻辑门：

解码器逻辑门：

注意：可以使用按位运算符完成，但我需要一种非常快速有效的方法，这样我才能做到数十亿次同行秒！

【问题讨论】：

看看std::vector<bool>，它是一个bitset的特殊表示。
嗯，有和没有。 C++ 具有逐位操作和位域，所以“是的，可以实现该逻辑”，但你不能只保存 3 位。你总是必须在内存中使用至少 8 位，所以你不会真正获得任何东西。所以“不，不是真的”。
@Botje 效率方面呢？我在文章末尾加了一点注释，请阅读它，请
请不要在事后添加要求。 @YvesDaoust 的实现是 10 条指令。假设每个周期有 1 条指令，这将在单个内核上每秒产生数亿次调用。如果您确实需要达到该目标，您将需要使用多个内核并吃掉协调/内存开销，或者切换到 SIMD 并吃掉额外的复杂性。
“数十亿次同行秒”——基于问题中显示的知识，这是一个相当不切实际的目标。尤其是如果你想做一些实际的事情，即输入一些有意义的数据，并对结果做一些事情，而不是把它们扔掉。

标签： c++ encoding compression bit

【解决方案1】：

如果你把比特打包成字节，

编码器：

Q= 4 * ((D & 0xF0) != 0) + 2 * ((D & 0x66) != 0) + ((D & 0xAA) != 0);

解码器：

D = 1 << Q;

如果您想要更快的编码器，

byte QTable[]= {
  0, 0, 3, 3, 2, 2, 3, 3, 1, 1, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 
  4, 4, 7, 7, 6, 6, 7, 7, 5, 5, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  6, 6, 7, 7, 6, 6, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  6, 6, 7, 7, 6, 6, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  5, 5, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 5, 5, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  5, 5, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 5, 5, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 
  7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7
};

Q= QTable[D];

【讨论】：

感谢您的帮助 :) 我已经知道按位运算符，但是这种方式是否足以实现我在帖子末尾添加的注释？
@MuhammadNihad：嗯，请随时改进解码器。

【解决方案2】：

它可以用按位运算符完成，但我需要一个非常快速和高效的

由于您的输入非常有限，即 8 位，我会使用查找表。该表可以基于一个向量（或一个简单的数组）。

const uint8_t illegal_value = 0xff;
std::vector<uint8_t> encoder_table(256, illegal_value);
encoder_table[1] = 0;
encoder_table[2] = 1;
encoder_table[4] = 2;
encoder_table[8] = 3;
encoder_table[16] = 4;
encoder_table[32] = 5;
encoder_table[64] = 6;
encoder_table[128] = 7;

// Encode:
uint8_t D = a_one_hot_value;
uint8_t Q = encoder_table[D];

表的相关部分很可能一直停留在一级缓存中，因此性能应该相当不错。

对于解码，我希望一个简单的位移是最有效的解决方案

// Decode:
uint8_t D = 1 << Q;

但可以尝试使用表格进行比较。该表将只需要 8 个条目。又是一些可以在 1 级缓存中的小东西。

【讨论】：

为什么是向量，而不是std::array？我认为后者可以做成constexpr, FTW。