Linux系统位运算函数以及相应CPU ISA实现收录
创始人
2024-05-25 00:30:17
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以32位数据的二进制表示为例,习惯的写法是LSB在左,MSB在右,注意BIT序和大小端的字节序没有关系。

Linux和BIT操作有关的接口在定义在头文件bitops.h中,bitops.h定义有两层,通用层和架构层,对应两个bitops.h,通用层的定义在./include/linux/bitops.h中,架构层和处理器类型有关,定义在./arch/$ARCH/include/asm/bitops.h中。

除了这两个之外,实际上还有一个不常用到的include/asm-generic/bitops.h,这个头文件一般只能被include/linux/bitops.h引用

所以引用关系可以表示为:

arch目录下的bitops.h定义也仅允许被./include/linux/bitops.h引用。

如果./include/asm-generic/下的头文件没有直接被./include/linux/bitops.h引用,则也可以被ARCH下的头文件直接引用./arch/$ARCH/include/asm/bitops.h

下面分别介绍每个BITOPS函数:

ffs

ffs意思是Find First bit Set in word(From LSB to MSB).BIT从1开始记,返回值是[1,32],当输入0值时,返回是0,也就是ffs(0) = 0;ffs(1)=1, ffs(0x80000000)=32;

__ffs

__ffs意思同样是Find First bit Set in word.(From LSB to MSB).与ffs不同的是,__ffs从0开始记数。由于返回0表示的是bit 0为1,所以没有一个合理返回值表达__ffs(0),所以__ffs(0)没有定义,应用必须自行主动判断为0的情况,保证输入__ffs的参数为非0值。__ffs(0)=Undefined. __ffs(1) = 0; __ffs(0x80000000)=31;

__ffs/ffs相互实现:

int ffs(int x)
{if (!x) return 0;return __ffs(x) + 1;
}int __ffs(int x)
{return ffs(x) - 1;
}

__ffs对参数的要求条件要强于ffs,所以_ffs的参数可以直接传给ffs,但是ffs的参数需要做0检查才能传递给__ffs。有点类似于C++基类和子类前置条件和后置条件的关系。

ffz

ffz means Find First Zero in word. 值域范围为[0,31].如果输入为0xFFFFFFFF,则结果未定义。在调用前,应用层因该进行条件检查。

ffz恰好是_ffs的逆运算而非ffs的逆运算。所以可以通过_ffs来实现ffz

#define ffz(x) _ffs(~(x))

clz

clz means "Count Leading Zeroes".计算前导0的个数,它从最高有效位(MSB)开始计算第一个位之前存在多少个零。在有些架构的处理器中,专门定义了"clz"指令用来完成此类运算,比如MIPS。

clz是下面将要介绍的fls的小伙伴和好助手,通过clz实现fls非常的简单和方便。由于它是一个计数值而非一个位置,所以值域并非前面的[0,31]或者[1,32],而是[0,32]. czl[0] = 32, czl(0xFFFFFFFF)=0,

clz(0x1)=31; clz(0x80000000)=0;

fls

fls means Find Last(Most Significant) bit set.和ffs恰恰相反,fls从LSB开始查找,找到最后一个值1的位,并返回其位置。值域为[1,32]. fls(0) = 0; fls(1) = 1; fls(0x80000000) = 32;

fls可以通过clz实现:

fls(x) = 32-clz(x);

__fls

如同ffs和__ffs的关系一样,__fls也可以通过fls减1实现。同样对于0值,__fls不知如何处理,需要应用负责判断。

int __fls(unsigned long x)
{if(!x) return 0;else return fls(x) - 1;
}

hweight_long/hweight32/hweight64

返回一个数字的加权平衡值,一个数的加权平衡是这个数所有位的总和。定义在文件include/asm-generic/bitops/const_hweight.h

#include 
#include 
#include "include/asm-generic/bitops/const_hweight.h"int main(void)
{printf("%s line %d, %d, %d, %d.\n", __func__, __LINE__, hweight32(0), hweight32(0xffffffff), hweight32(0x08000000));return 0;
}

结束


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