连接 boost::dynamic_bitset 或 std::bitset

Question

连接 2 个位集的最佳方法是什么？

例如，我知道

boost::dynamic_bitset<> test1( std::string("1111") );
boost::dynamic_bitset<> test2( std::string("00") );

它们应该连接到第三个位集 test3 中，然后它保存

111100 

解决方案应该使用 boost::dynamic_bitset。如果该解决方案适用于 std::bitset，那就太好了。连接位时应关注性能。

更新： 我比较了这两种方法（我和 Neil 的 stringmethod 以及 Messenger 的 shiftmethod），并且 stringmethod 更快（因子 10++）。代码在这里： http://pastebin.com/HfpfYfy8

我希望 Pastebin 可以发布长代码列表。如果有更好的方法请联系我。

Answer 1

对于标准位集，类似于：

#include <bitset>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;

template <size_t N1, size_t N2 >
bitset <N1 + N2> concat( const bitset <N1> & b1, const bitset <N2> & b2 ) {
    string s1 = b1.to_string();
    string s2 = b2.to_string();
    return bitset <N1 + N2>( s1 + s2 );
}

int main() {
    bitset <4> a( string("1010") );
    bitset <2> b( string("11") );
    cout << concat( a, b ) << endl;
}

Answer 2

我已经测试了几种解决方案，似乎：

• 一个好的旧“for循环”是最快的
• 位集，比dynamic_bitset快很多（不足为奇），如果不需要内存分配，开销会较低，但仍然存在。
• 这看起来似乎很明显，但是直接将一个位集附加到另一个位集而不创建新的位集会更快。如果您需要保持第一个位集不变（也很明显），则此解决方案不适合。
• 这 3 种解决方案不会产生相同的结果，您必须根据需要进行一些调整（见下文）。

这是我的测试代码：

#include <iostream>
#include <bitset>
#include <boost/dynamic_bitset/dynamic_bitset.hpp>
#include "scul/PreciseTimer.h"

boost::dynamic_bitset<> concatOperatorsDyn( const boost::dynamic_bitset<>& bs1,const boost::dynamic_bitset<>& bs2)
{
    boost::dynamic_bitset<> bs1Copy(bs1);
    boost::dynamic_bitset<> bs2Copy(bs2);
    size_t totalSize=bs1.size()+bs2.size();
    bs1Copy.resize(totalSize);
    bs2Copy.resize(totalSize);
    bs1Copy<<=bs2.size();
    bs1Copy|=bs2Copy;
    return bs1Copy;
}

template<size_t sRes,size_t s1,size_t s2>
std::bitset<sRes> concatString( const std::bitset<s1>& bs1,const std::bitset<s2>& bs2)
{
    std::string s1=bs1.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >();
    std::string s2=bs2.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >();

    std::bitset<sRes> res(s1+s2);
    return res;
}

template<size_t sRes,size_t s1,size_t s2>
std::bitset<sRes> concatLoop( const std::bitset<s1>& bs1,const std::bitset<s2>& bs2)
{
    std::bitset<sRes> res;
    for(size_t i=0;i<s1;i++)
        res[i]=bs1[i];

    for(size_t i=0;i<s2;i++)
        res[i+s1]=bs2[i];
    return res;
}
boost::dynamic_bitset<> concatLoopDyn( const boost::dynamic_bitset<>& bs1,const boost::dynamic_bitset<>& bs2)
{
boost::dynamic_bitset<> res(bs1);
res.resize(bs1.size()+bs2.size());
    size_t bs1Size=bs1.size();
    size_t bs2Size=bs2.size();

    for(size_t i=0;i<bs2.size();i++)
        res[i+bs1Size]=bs2[i];
    return res;
}
boost::dynamic_bitset<> concatStringDyn( const boost::dynamic_bitset<>& bs1,const boost::dynamic_bitset<>& bs2)
{
    std::string s1;
    std::string s2;
    to_string(bs1,s1);
    to_string(bs2,s2);

    boost::dynamic_bitset<> res(s1+s2);
    return res;
}


template<size_t s1,size_t s2>
void injectLoop( std::bitset<s1>& bs1,const std::bitset<s2>& bs2,int start=s1-s2)
{
    for(size_t i=0;i<s2;i++)
        bs1[i+start]=bs2[i];
}


void injectLoopDyn( boost::dynamic_bitset<>& bs1,const boost::dynamic_bitset<>& bs2,int start)
{
    for(size_t i=0;i<bs2.size();i++)
        bs1[i+start]=bs2[i];
}

void testBitstream()
{
    const std::bitset<20> bs1(std::string("11111111110000000000"));
    std::bitset<30> bs1Bis(std::string("11111111110000000000"));
    const std::bitset<10> bs2(std::string("0000011111"));
    std::bitset<30> bs3;


    const boost::dynamic_bitset<> bs1D(std::string("11111111110000000000"));
    boost::dynamic_bitset<> bs1DBis(std::string("11111111110000000000"));
    bs1DBis.resize(30);
    const boost::dynamic_bitset<> bs2D(std::string("0000011111"));
    boost::dynamic_bitset<> bs3D;

    scul::PreciseTimer t;
    double d=0.;

    int nbIter=100;

    std::cout<<"Bitset concat with strings"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3=concatString<30,20,10>(bs1,bs2);
    d=t.stop();
    std::cout<<bs3.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >()<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;;


    std::cout<<"Bitset concat with loop"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3=concatLoop<30,20,10>(bs1,bs2);
    d=t.stop();
    std::cout<<bs3.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >()<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;

    std::cout<<"Bitset inject with loop"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        injectLoop<30,10>(bs1Bis,bs2);
    d=t.stop();
    std::cout<<bs1Bis.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >()<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;


    std::cout<<"Dynamicbitset concat with loop"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3D=concatLoopDyn(bs1D,bs2D);
    d=t.stop();
    std::string s;
    to_string(bs3D,s);
    std::cout<<s<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;


    std::cout<<"Dynamicbitset inject with loop"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        injectLoopDyn(bs1DBis,bs2D,20);
    d=t.stop();
    to_string(bs1DBis,s);
    std::cout<<s<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;

    std::cout<<"Dynamicbitset concat with operators"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3D=concatOperatorsDyn(bs1D,bs2D);
    d=t.stop();
    to_string(bs3D,s);
    std::cout<<s<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;


    std::cout<<"Dynamicbitset concat with strings"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3D=concatStringDyn(bs1D,bs2D);
    d=t.stop();
    to_string(bs3D,s);
    std::cout<<s<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;

}

这是我在计算机上使用 VS7.1 得到的输出：

Bitset concat with strings
111111111100000000000000011111
duration=0.000366713

Bitset concat with loop
000001111111111111110000000000
duration=7.99985e-006

Bitset inject with loop
000001111111111111110000000000
duration=2.87995e-006

Dynamicbitset concat with loop
000001111111111111110000000000
duration=0.000132158

Dynamicbitset inject with loop
000001111111111111110000000000
duration=3.19994e-006

Dynamicbitset concat with operators
111111111100000000000000011111
duration=0.000191676

Dynamicbitset concat with strings
111111111100000000000000011111
duration=0.000404152

您可以注意到我使用循环编写的函数产生了不同的结果。这是因为我当时写的是将第二个位集的 lsb 放在第一个位集的 msb 之后（lsb 在右侧）。使用字符串或“位运算符”功能，您只需切换调用参数即可。

Answer 3

我运行了一个测试，比较以下两种方法：

  /* ... */
  for( int ii = 0; ii < 1000000; ++ii ) {
    std::bitset<16> v1( randomUlongs[ii] );
    std::bitset<16> v2( randomUlongs[ii+1] );
#ifdef STRING_TEST
    std::bitset<32> v3( v1.to_string() + v2.to_string() );
#else
    std::bitset<32> v3( v2.to_ulong() | (v1.to_ulong() << 16) );
    /* print out v3 */
  }

... 其中 randomUlongs 在每次运行期间都是恒定的（标头中的大数组）以避免任何污染结果。我用以下方法计时：

~ time for ((ii=0; ii<1000; ii++)); do ./bitset_test >/dev/null; done

在 Linux (x86_i686) 下，使用 gcc 4.4.6 优化级别 3：字符串连接速度最快，为 2 倍。

在 Solaris (sparc) 下，使用 gcc 3.4 .3 和 Sun Studio C++ 5.12 (2011/11/16)，两者的优化级别都是 3：非字符串方法的速度快了 10 倍。

我想您会找到“最快”的解决方案高度依赖于编译器，尽管我认为平台也可以发挥重要作用。

Answer 4

首先，我将自己添加一个可能的解决方案。以下代码使用了使用 std::string 构造位集并从位集生成 std​​::string 的可能性。

#include <sstream>  // for std::ostringstream
#include <boost/dynamic_bitset.hpp>

boost::dynamic_bitset<> test1( std::string("1111") );
boost::dynamic_bitset<> test2( std::string("00") );

std::ostringstream bitsetConcat;
bitsetConcat << test1 << test2;
boost::dynamic_bitset<> test3( bitsetConcat.str() );

std::cout << test3 << std::endl;

这可行，但必须有其他更高效的解决方案...

更新：
感谢 JC Leitão 的编辑建议

Answer 5

这是一个解决方案。不确定是否可以编译。

typedef boost::dynamic_bitset<> Bits;

Bits Concatenate(const Bits& first, const Bits& second)
{
    Bits value(first);

    //Increase the size of the bit buffer to fit the data being placed in it
    value.resize(first.size() + second.size());
    value <<= second.size();
    value |= second;
    return value;
}