算法概述
反轉一個字節說的是位序反轉,別將它和大端轉小端混淆了,所謂大端和小端指的是字節序。
字節位序反轉的實現算法很多,就是看看誰的算法效率更高了。
高手不是能寫出最美麗的程序而是能寫出既美麗同時效率又是最高的程序。
如果一個人寫的程序很美麗,很直觀,只能說明該程序員對語言掌握的很好,但是語言畢竟只是工具,真正做事的是計算機,只有對計算機很了解,才能寫出效率最高的程序。
正如文學家的文筆很多不如花季少女,但是花季少女永遠也超越不了時代。
算法太多,這里只列出我掌握的一些,下面的算法名稱是我自己取的不要當真。
算法實現
分治法並行反轉
它的算法是這樣的:
- 首先是2位2位為一組,交換前一半和后一半。
- 再4位4位為一組,交換前一半和后一半。
- 再8位為一組,交換前一半和后一半。
比如說,將1 2 3 4 5 6 7 8 反轉為8 7 6 5 4 3 2 1:
- 2個2個為一組,交換前一半和后一半, 變成:2 1 4 3 6 5 8 7
- 4個4個為一組,交換前一半和后一半, 變成:4 3 2 1 8 7 6 5
- 再8個為一組,交換前一半和后一半, 變成:8 7 6 5 4 3 2 1
代碼如下:
static byte ReverseBits(byte c)
{
c = (byte)(((byte)((byte)(c & 0x55) << 1)) | ((byte)((byte)(c & 0xAA) >> 1)));
c = (byte)(((byte)((byte)(c & 0x33) << 2)) | ((byte)((byte)(c & 0xCC) >> 2)));
c = (byte)(((byte)((byte)(c & 0x0F) << 4)) | ((byte)((byte)(c & 0xF0) >> 4)));
return c;
}
由於C#語言特性,代碼中強制轉換較多:
由於移位運算符僅針對 int、uint、long 和 ulong 類型定義,因此運算的結果始終包含至少 32 位。 如果左側操作數是其他整數類型(sbyte、byte、short、ushort 或 char),則其值將轉換為 int 類型。
小表查表法
相比於分治法並行反轉,它通過一個長度為16的表直接獲取分治法並行反轉的前兩步交換操作的結果,使用了一點空間換取時間。
//不多不少的靜態數據
static byte[] sta_4 = new byte[16]
{
0x00, 0x08, 0x04, 0x0C, 0x02, 0x0A, 0x06, 0x0E,
0x01, 0x09, 0x05, 0x0D, 0x03, 0x0B, 0x07, 0x0F
};
static byte ReverseBits(byte c)
{
byte d = 0; //沒有判斷
d |= (byte)((sta_4[c&0xF]) << 4);
d |= sta_4[c>>4];
return d;
}
全表查表法
簡單粗暴,列出所有可能的結果(256個值),直接以要處理的值為索引在結果表中查詢字節位序反轉后的值。
此方法只適用於有大量數據需要處理的場景,表值是我使用前面的算法得到的。
static byte[] sta_8 = new byte[256]
{
0x00,0x80,0x40,0xc0,0x20,0xa0,0x60,0xe0,0x10,0x90,0x50,0xd0,0x30,0xb0,0x70,0xf0,
0x08,0x88,0x48,0xc8,0x28,0xa8,0x68,0xe8,0x18,0x98,0x58,0xd8,0x38,0xb8,0x78,0xf8,
0x04,0x84,0x44,0xc4,0x24,0xa4,0x64,0xe4,0x14,0x94,0x54,0xd4,0x34,0xb4,0x74,0xf4,
0x0c,0x8c,0x4c,0xcc,0x2c,0xac,0x6c,0xec,0x1c,0x9c,0x5c,0xdc,0x3c,0xbc,0x7c,0xfc,
0x02,0x82,0x42,0xc2,0x22,0xa2,0x62,0xe2,0x12,0x92,0x52,0xd2,0x32,0xb2,0x72,0xf2,
0x0a,0x8a,0x4a,0xca,0x2a,0xaa,0x6a,0xea,0x1a,0x9a,0x5a,0xda,0x3a,0xba,0x7a,0xfa,
0x06,0x86,0x46,0xc6,0x26,0xa6,0x66,0xe6,0x16,0x96,0x56,0xd6,0x36,0xb6,0x76,0xf6,
0x0e,0x8e,0x4e,0xce,0x2e,0xae,0x6e,0xee,0x1e,0x9e,0x5e,0xde,0x3e,0xbe,0x7e,0xfe,
0x01,0x81,0x41,0xc1,0x21,0xa1,0x61,0xe1,0x11,0x91,0x51,0xd1,0x31,0xb1,0x71,0xf1,
0x09,0x89,0x49,0xc9,0x29,0xa9,0x69,0xe9,0x19,0x99,0x59,0xd9,0x39,0xb9,0x79,0xf9,
0x05,0x85,0x45,0xc5,0x25,0xa5,0x65,0xe5,0x15,0x95,0x55,0xd5,0x35,0xb5,0x75,0xf5,
0x0d,0x8d,0x4d,0xcd,0x2d,0xad,0x6d,0xed,0x1d,0x9d,0x5d,0xdd,0x3d,0xbd,0x7d,0xfd,
0x03,0x83,0x43,0xc3,0x23,0xa3,0x63,0xe3,0x13,0x93,0x53,0xd3,0x33,0xb3,0x73,0xf3,
0x0b,0x8b,0x4b,0xcb,0x2b,0xab,0x6b,0xeb,0x1b,0x9b,0x5b,0xdb,0x3b,0xbb,0x7b,0xfb,
0x07,0x87,0x47,0xc7,0x27,0xa7,0x67,0xe7,0x17,0x97,0x57,0xd7,0x37,0xb7,0x77,0xf7,
0x0f,0x8f,0x4f,0xcf,0x2f,0xaf,0x6f,0xef,0x1f,0x9f,0x5f,0xdf,0x3f,0xbf,0x7f,0xff
};
static byte ReverseBits(byte c)
{
return sta_8[c];
}
64位內數據位序反轉
算法主要步驟是從待處理值中取位值(按從低位到高位的順序)依次存入結果值當中(按從高位到低位的順序),總之取值、存值的順序相反即可。
此算法代碼支持64位內的任意二進制值的位序反轉,代碼如下:
//valueLength是待處理值的位數,如uint是32位數據
static UInt64 ReverseBits(UInt64 value, Int32 valueLength)
{
UInt64 output = 0;
for (var i = valueLength - 1; i >= 0; i--)
{
output |= (value & 1) << i;
value >>= 1;
}
return output;
}
任意位數據位序反轉
其實經過上面的幾個算法,我們可以發現對於任意位的二進制數據位序反轉都可以歸為兩個步驟:
- 以字節為單位將數據進行字節序反轉
- 依次對單個字節進行位序反轉