什么时候应该小心使用 bitset 代替 bool 数组？答案

【问题标题】：When should one be careful using a bitset in place of a bool array?什么时候应该小心使用 bitset 代替 bool 数组？
【发布时间】：2009-12-07 02:55:33
【问题描述】：

我正在开发一个手机应用程序，我看到了提高性能的潜在机会。在整个代码中，我使用 bool 数组来跟踪哪些对象是活动的。例如，我会通过执行以下操作来检查第 i 个 MyObject 是否处于活动状态：

if(activeMyObjects[i]){ // it's active so do something... }

由于我的对象的最大数量在 [5,20] 范围内，我想我可以用单个整数“activeMyObjects”形式的 bitset 替换 activeMyObjects bool 数组。然后我可以执行以下操作：

// check if ith object is active
if(activeMyObjects & (1 << i)){ // it's active... }

// activate the ith object
activeMyObjects |= (1 << i);

// reset all myObjects to inactive
activeMyObjects = 0;

// and so on...

是否有任何时候切换到 bitset 会降低性能？我使用的语言是 c。另请注意，此代码的调用频率很高（频率范围为 30 - 60 Hz）。

编辑： 另一条信息：位集还有另一个优点，即我可以轻松判断是否有任何对象处于活动状态。所以我可以跳过一个循环，通过首先检查 if(activeMyObjects) 来检查每个项目以查看它是否处于活动状态。当我使用数组时，这更棘手......我的方法是有一个额外的计数器 int，每当激活 MyObject 时递增，每当停用 MyObject 时递减......这样我只需检查 if(activeMyObjectsCount > 0)在我检查每个循环之前。

【问题讨论】：

标签： c performance

【解决方案1】：

根据分配 bitset 的频率，您可以很容易地以 bitset 版本占用更多内存。

访问特定位的代码比访问整个内存字节的代码大得多 - 如果这些数组只有少数几个，但经常访问它，你会得到更小的占用空间就像它一样。

【讨论】：

位集在程序开始时在堆栈上分配一次。他们被非常频繁地访问。对bitset的操作是：设置第i位，检查第i位是否设置，取消设置第i位，取消所有位。鉴于此信息，您会建议使用数组还是位集？
你真的只需要自己测试一下。我知道将开发时间投入到不确定的价值中是很糟糕的，但这非常依赖于实现。它真的可以去任何一种方式。它取决于编译器优化、原生芯片组命令、缓存结构以及 CPU/缓存/数据的相对速度。如果这里有人可以权威地为您回答这个问题，我真的会感到惊讶，特别是因为您没有列出任何这些变量。
如果它们被分配一次并且经常被访问，它将使用更少的内存来保持数组。然后加载一个布尔值是一条指令 - 而使用位集，您正在查看三个（加载、移位、掩码）。在性能方面，您需要在目标硬件上对每个选项进行基准测试，以便了解结果。

【解决方案2】：

您不会在大多数平台上获得任何性能。您将节省的是内存占用。

【讨论】：

【解决方案3】：

不。归根结底，这是一个简单的整数移位，比所有帐户的数组访问成本更低。请注意将位集转换为第三集（可能是活动的、非活动的和未定义的），或者尝试向每个条目添加数据现在在不重构的情况下是不可能的。

【讨论】：

另外，如果你有超过 32 个对象，你需要将你的 bitset 扩展为一个 int 数组。在这种情况下，您仍将访问数组条目，但会节省空间。

【解决方案4】：

如果速度比内存占用更重要（因为这是整个移动应用程序），那么您可以将掩码存储在数组中，并将它们作为 activeMyObjects & mask[i] 访问。

【讨论】：

如果速度很关键，那么最好使用命名常量而不是掩码数组。

【解决方案5】：

有人告诉我，一些 PowerPC 芯片（不知道是不是全部 - 例如参见 this question）在执行可变长度位移时很慢，就像您使用 (1 << i) 指令所做的那样.因此，在这些芯片上，bitset 的运行速度似乎比 bool 数组慢得多。

这对你来说可能不是问题，但这是一个有趣的小案例 :)

【讨论】：