有没有办法反转 UInt64 中的位顺序？

Question

我正在根据一个用 Java 编写的教程用 Swift 构建一个国际象棋引擎。在教程中，Java 的有符号 64 位整数 long 有一个名为 reverse(long i) 的静态方法，它“返回通过反转指定 long 值的二进制补码表示中的位顺序获得的值”。它基本上颠倒了二进制位的顺序，因此为了简单起见，使用 8 位，01000000 将变为00000010。

我很好奇是否有办法用 Swift 的UInt64 完成同样的事情。我知道 Java 的 long（有符号，2s 补码）和 Swift 的 UInt64（无符号）是不同的，但我想用 UInt64 做到这一点并不难。

我尝试了UInt64.byteSwapped，但这似乎并没有让我得到我期望的行为。

Answer 1

不，Swift 标准库不提供反转整数中 位 顺序的方法，例如参见 Swift 论坛中的讨论 Bit reversal。

可以使用Bit Twiddling Hacks 中的 C 方法，将 C 代码导入 Swift，或将其翻译成 Swift。

作为一个例子，我采用了基于循环的变体

unsigned int s = sizeof(v) * CHAR_BIT; // bit size; must be power of 2 
unsigned int mask = ~0;         
while ((s >>= 1) > 0) 
{
  mask ^= (mask << s);
  v = ((v >> s) & mask) | ((v << s) & ~mask);
}

因为它不限于某个整数大小。它可以被翻译成 Swift 作为FixedWidthInteger 的扩展，这样它就可以处理各种大小的整数：

extension FixedWidthInteger {
    var bitSwapped: Self {
        var v = self
        var s = Self(v.bitWidth)
        precondition(s.nonzeroBitCount == 1, "Bit width must be a power of two")
        var mask = ~Self(0)
        repeat  {
            s = s >> 1
            mask ^= mask << s
            v = ((v >> s) & mask) | ((v << s) & ~mask)
        } while s > 1
        return v
    }
}

例子：

print(String(UInt64(1).bitSwapped, radix: 16))
// 8000000000000000
print(String(UInt64(0x8070605004030201).bitSwapped, radix: 16))
// 8040c0200a060e01
print(String(UInt16(0x1234).bitSwapped, radix: 16))
// 2c48

另一种选择是先使用byteSwapped 反转字节顺序，然后使用（预先计算的）查找表反转每个字节中的位顺序：

fileprivate let bitReverseTable256: [UInt8] = [
    0, 128, 64, 192, 32, 160, 96, 224, 16, 144, 80, 208, 48, 176, 112, 240,
    8, 136, 72, 200, 40, 168, 104, 232, 24, 152, 88, 216, 56, 184, 120, 248,
    4, 132, 68, 196, 36, 164, 100, 228, 20, 148, 84, 212, 52, 180, 116, 244,
    12, 140, 76, 204, 44, 172, 108, 236, 28, 156, 92, 220, 60, 188, 124, 252,
    2, 130, 66, 194, 34, 162, 98, 226, 18, 146, 82, 210, 50, 178, 114, 242,
    10, 138, 74, 202, 42, 170, 106, 234, 26, 154, 90, 218, 58, 186, 122, 250,
    6, 134, 70, 198, 38, 166, 102, 230, 22, 150, 86, 214, 54, 182, 118, 246,
    14, 142, 78, 206, 46, 174, 110, 238, 30, 158, 94, 222, 62, 190, 126, 254,
    1, 129, 65, 193, 33, 161, 97, 225, 17, 145, 81, 209, 49, 177, 113, 241,
    9, 137, 73, 201, 41, 169, 105, 233, 25, 153, 89, 217, 57, 185, 121, 249,
    5, 133, 69, 197, 37, 165, 101, 229, 21, 149, 85, 213, 53, 181, 117, 245,
    13, 141, 77, 205, 45, 173, 109, 237, 29, 157, 93, 221, 61, 189, 125, 253,
    3, 131, 67, 195, 35, 163, 99, 227, 19, 147, 83, 211, 51, 179, 115, 243,
    11, 139, 75, 203, 43, 171, 107, 235, 27, 155, 91, 219, 59, 187, 123, 251,
    7, 135, 71, 199, 39, 167, 103, 231, 23, 151, 87, 215, 55, 183, 119, 247,
    15, 143, 79, 207, 47, 175, 111, 239, 31, 159, 95, 223, 63, 191, 127, 255]

extension FixedWidthInteger {
    var bitSwapped: Self {
        var value = self.byteSwapped
        withUnsafeMutableBytes(of: &value) {
            let bytes = $0.bindMemory(to: UInt8.self)
            for i in 0..<bytes.count {
                bytes[i] = bitReverseTable256[Int(bytes[i])]
            }
        }
        return value
    }
}