用位運算實現求絕對值

2021-06-18 20:18:28 字數 2717 閱讀 7174

一般情況下,如果要我們寫乙個求絕對值的函式,我們的實現很有可能會是這樣:

templatet abs_normal(t tnum)

也就是說我們會用到乙個if-else判斷來決定是否反轉符號位。在3d遊戲軟體,或一些對效能要求比較高的底層系統中,當大規模的求絕對值時,這個if-else結構會帶來效能上的損失,那麼,如何來消除if-else結構呢?或許會有人說,我們可以用三元操作符啊:

templatet abs_normal(t tnum)

但是事實上這是換湯不換藥,因為其實質上還是存在if-else的判斷的(這應該可以從反彙編**中看出來)。

我們是通過位操作來消除if-else判斷來求絕對值。

因為使用位操作,我們不得不考慮我們操作物件型別的位元組數,下面我將以都是4位元組得float和int為例實現位操作求絕對值。

首先,我們有必要了解一下float與int在計算機中的內部表示方法。

1) float: float即單精度浮點數,"浮點數"由兩部分組成,即尾數和階碼。在浮點表示方法中,小數點的位置是浮動的,階碼可取不同的數值。為了便於計算機中小數點的表示,規定將浮點數寫成規格化的形式,即尾數的絕對值大於等於0.1並且小於1,從而唯一規定了小數點的位置。尾數的長度將影響數的精度,其符號將決定數的符號。浮點數的階碼相當於數學中的指數,其大小將決定數的表示範圍。乙個浮點數在計算機中的表現形式如下:

尾數符號 階碼 尾數有效值

2) int: 用補碼表示,因為正整數的原碼,反碼,補碼都是一樣的,而負整數的補碼則是通過原碼->反碼->補碼轉換來的,所以,-3與3的內部表示位差別不僅僅在符號位

其次,這裡先列出兩個在**中用到的巨集:

#define inv_sign_bit 0x7fffffff //用來反轉符號位

#define use_asm         //是否使用彙編**

1 float求絕對值

知道了float的內部表示,我們知道要求其絕對值,只要將其尾數符號位置0即可。這又有下面兩種方法:

1)與:通過和inv_sign_bit相"與"而將符號位置0

inline float fabs_and(float fnum)

return fout;

#else

int* temp = (int*)&fnum;

int out = *temp & inv_sign_bit;

return *((float*)&out);

#endif

}

注:這裡將float轉化成int的原因是c語言不支援float的移位操作。

2)移位:通過先邏輯左移1位,再邏輯右移一位將符號位置0

inline float fabs_shift(float fnum)

return fout;

#else

unsigned int* temp = (unsigned int*)&fnum;

unsigned int out = *temp;

out = out << 1;

out = out >> 1;

return *((float*)&out);

#endif

}

注:

這裡使用unsigned int的原因是c語言的移位操作對有符號數是算術移位,對無符號數是邏輯移位。而我們需要的是邏輯移位

2 int求絕對值

因為整型的內部表示是反碼,我們不能簡單的通過符號位置0求絕對值,下面的演算法很好的解決了這個問題:

inline int abs_bit(int inum )

return iout;

#else

int out = inum;

int temp = inum;

temp = temp >> 31;

out = out ^ temp;

out = out - temp;

return out;

#endif

}

注:對於**

temp = temp >> 31;

out = out ^ temp;

out = out - temp;

如果inum是正數:

temp = temp >> 31; //temp = 0

out = out ^ temp; //與0異或不變

out = out - temp; //減0不變

out的結果就是inum,即正數的絕對值是其本身,沒問題

如果inum是負數:

temp = temp >> 31; //temp = oxffffffff

out = out ^ temp; //out為inum求反

out = out - temp; // 此時temp = 0xffffffff = -1, 所以out = out + 1

把乙個負數的補碼連符號位求反後再加1,就是其絕對值了。比如對於-2來說:

原碼反碼

補碼補碼全求反

再加1備註

10000010

11111101 

11111110

00000001

00000010

大家可以看到第乙個與最後乙個數只有符號位不同,也就實現了求其絕對值。

對於其他型別的資料求絕對值,應該 都是大同小異的。這裡就不再列舉。

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