使用复杂位掩码确定为日期设置了哪个位

Question

我有一个代表一周中的几天的位移掩码：

Sunday = 1
Monday = 2
Tuesday = 4
...
Saturday = 64

我正在使用位掩码，因为几天（至少一天）可能设置为 1。

问题

然后我得到一个日期。任何日期。基于 date.DayOfWeek 我需要返回位掩码中设置的第一个最接近的日期。因此，我的方法可以返回同一天或 date 和 date + 6 之间的任何其他日期。

示例 1

我的位掩码定义所有日期均设置为 1。在这种情况下，我的方法应返回相同的日期，因为在位掩码中设置了 date.DayOfWeek。

示例 2

我的位掩码定义只有星期三设置为 1。如果我的传入日期是星期二，我应该返回date+1（即星期三）。但如果传入日期是星期四，我应该返回date+6（这又是星期三）。

问题

解决这个问题最快、最优雅的方法是什么？为什么也最快？因为我需要运行几次，所以如果我可以使用某种缓存结构来更快地获取日期，那将是首选。

您能建议一些指导来以优雅的方式解决这个问题吗？我不想最终得到充满 if 和 switch-case 语句的长意大利面条代码......

重要：请务必注意，如果位掩码有助于提高性能和简化代码，则可以更改或替换为其他内容。所以位掩码并不是一成不变的......

一种可能的方法

每天生成一个偏移量数组并将其保存在私有类变量中是明智的。生成一次并随后重复使用它，如下所示：

return date.AddDays(cachedDayOffsets[date.DayOfWeek]);

这样我们根本不使用位掩码，唯一的问题是如何以最快的速度并使用尽可能短的代码生成数组。

Answer 1

我会用位掩码、一些移位和位扫描来解决这个问题。这不是一个非常明显的例程，但它应该很快，因为它从不分支：

original_date = Whatever                    //user input
bitmask = Whatever                          //user input
bitmask |= (bitmask << 7)                   //copy some bits so they don't get
                                            //lost in the bitshift
bitmask >>= original_date.dayOfWeek()       //assuming Sunday.dayOfWeek() == 0
return original_date + bitscan(bitmask) - 1 //the position of the least
                                            //significant bit will be one greater
                                            //than the number of days to add

Bitscan - 特别是你的，因为它只关心七位 - 很容易在查找表中实现。事实上，如果您做了自定义表，您可以调用 LSB 位 0，并跳过 return 语句中的减法。我猜想其中最慢的部分是 dayOfWeek() 函数，但这取决于它的实现。

希望这有帮助！

编辑：示例位扫描表（将 lsb 视为索引 1 - 您可能希望将其视为零，但这是一个更好的示例）：

int[128] lsb = {
    0, //0 = 0b00000000 - Special case!
    1, //1 = 0b00000001
    2, //2 = 0b00000010
    1, //3 = 0b00000011
    3, //4 = 0b00000100
    1, //5 = 0b00000101
    2, //6 = 0b00000110
    ....
    1 //127 = 0b01111111
};

然后，在 mask，您只需使用：

first_bit_index = lsb[mask & 127];

& 可以让您编写一个较小的表，因为您实际上只关心七个最低位。

PS： 至少有些处理器实现了您可以使用的位扫描指令，但您似乎不太可能使用 C# 来获取它们，除非某处有包装函数。

Answer 2

您可能讨厌这个答案，但也许您可以沿着新的方向前进。您说性能非常重要，所以也许最好在某些数据结构中预先索引所有答案。该数据结构可能有点复杂，但它可以封装在自己的小世界中，并且不会干扰您的主代码。我想到的数据结构是一个整数数组。如果你允许周一、周五和周六，这些整数将是：

[1][0][3][2][1][0][0]

好吧，很奇怪吧？这基本上就是本周的“休假天数”列表。周日，“距离一周中允许的下一天还有 1 天”。周一还有 0 天，周二还有 3 天。现在，一旦您构建了此列表，您就可以非常轻松且快速地计算出需要在日期中添加多少天才能获得下一次出现。希望这有帮助？

生成这些偏移量

这是生成这些偏移量的代码：

this.dayOffsets = new int[] {
    this.Sundays ? 0 : this.Mondays ? 1 : this.Tuesdays ? 2 : this.Wednesdays ? 3 : this.Thursdays ? 4 : this.Fridays ? 5 : 6,
    this.Mondays ? 0 : this.Tuesdays ? 1 : this.Wednesdays ? 2 : this.Thursdays ? 3 : this.Fridays ? 4 : this.Saturdays ? 5 : 6,
    this.Tuesdays ? 0 : this.Wednesdays ? 1 : this.Thursdays ? 2 : this.Fridays ? 3 : this.Saturdays ? 4 : this.Sundays ? 5 : 6,
    this.Wednesdays ? 0 : this.Thursdays ? 1 : this.Fridays ? 2 : this.Saturdays ? 3 : this.Sundays ? 4 : this.Mondays ? 5 : 6,
    this.Thursdays ? 0 : this.Fridays ? 1 : this.Saturdays ? 2 : this.Sundays ? 3 : this.Mondays ? 4 : this.Tuesdays ? 5 : 6,
    this.Fridays ? 0 : this.Saturdays ? 1 : this.Sundays ? 2 : this.Mondays ? 3 : this.Tuesdays ? 4 : this.Wednesdays ? 5 : 6,
    this.Saturdays ? 0 : this.Sundays ? 1 : this.Mondays ? 2 : this.Tuesdays ? 3 : this.Wednesdays ? 4 : this.Thursdays ? 5 : 6
};

该代码生成前向偏移量。因此，对于任何给定的日期，您可以简单地获取其后的实际适用日期：

SomeDate.AddDays(this.dayOffsets[(int)SomeDate.DayOfWeek]);

如果您需要获取最近的过去日期，您可以重复使用相同的数组并使用以下公式计算出来：

SomeDate.AddDays((this.dayOffsets[(int)SomeDate.DayOfWeek] - 7) % 7);

Answer 3

这就是我要做的，变量 dateDiff 将是您正在寻找的内容。

DoW mask      = DoW.Wednesday | DoW.Friday;
DoW? todayDoW = null;
int dateDiff  = 0;

do
{
    DateTime date = DateTime.Today.AddDays(dateDiff);
    todayDoW      = (DoW)Enum.Parse(typeof(DoW), date.DayOfWeek.ToString());

    if ((mask & todayDoW.Value) != 0)
    {
        todayDoW = null;
    }
    else
    {
        dateDiff++;
    }

}
while(todayDoW.HasValue);

enum DoW
{
    Sunday = 1,
    Monday = 2,
    Tuesday = 4,
    Wednesday = 8,
    Thursday = 16,
    Friday = 32,
    Saturday = 64
}

Answer 4

这是填充查找表的算法。你只需要做一次，所以我不确定它的效率有多重要......

int[] DaysOfWeek = (int[])Enum.GetValues(typeof(DayOfWeek));
int NumberOfDaysInWeek = DaysOfWeek.Length;
int NumberOfMasks = 1 << NumberOfDaysInWeek;
int[,] OffsetLookup = new int[NumberOfDaysInWeek, NumberOfMasks];

//populate offset lookup
for(int mask = 1; mask < NumberOfMasks; mask++)
{
    for(int d = 0; d < NumberOfDaysInWeek; d++)
    {
        OffsetLookup[d, mask] = (from x in DaysOfWeek
                                 where ((1 << x) & mask) != 0
                                 orderby Math.Abs(x - d)
                                 select (x - d) % NumberOfDaysInWeek).First();
    }
}

然后只需使用：

DateTime SomeDate = ...; //get a date
DateTime FirstDate = SomeDate.AddDays(OffsetLookup[SomeDate.DayOfWeek, DayOfWeekMask]);

Answer 5

我知道你说要考虑性能，但我会从一个简单、易于理解的方法开始，并验证其性能是否足够，然后再跳到更复杂的方法，这可能会让未来的代码维护者有点迷失。

话虽如此，使用预初始化查找的可能解决方案：

[Flags]
enum DaysOfWeek
{
    None = 0,
    Sunday = 1,
    Monday = 2,
    Tuesday = 4,
    Wednesday = 8,
    Thursday = 16,
    Friday = 32,
    Saturday = 64
}

假设之前的枚举：

private static Dictionary<DayOfWeek, List<DaysOfWeek>> Maps { get; set; }

static void Main(string[] args)
{
    Maps = CreateMaps();

    var date = new DateTime(2011, 9, 29);

    var mask = DaysOfWeek.Wednesday | DaysOfWeek.Friday;

    var sw = Stopwatch.StartNew();

    for (int i = 0; i < 10000; i++)
    {
        GetNextDay(date, mask);
    }

    sw.Stop();

    Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
}

private static DaysOfWeek GetNextDay(DateTime date, DaysOfWeek mask)
{
    return Maps[date.DayOfWeek].First(dow => mask.HasFlag(dow));
}

最后是 CreateMaps 实现：

private static Dictionary<DayOfWeek, List<DaysOfWeek>> CreateMaps()
{
    var maps = new Dictionary<DayOfWeek, List<DaysOfWeek>>();

    var daysOfWeek = new List<DaysOfWeek>(7)
    {
        DaysOfWeek.Sunday, 
        DaysOfWeek.Monday, 
        DaysOfWeek.Tuesday, 
        DaysOfWeek.Wednesday, 
        DaysOfWeek.Thursday, 
        DaysOfWeek.Friday, 
        DaysOfWeek.Saturday 
    };

    foreach (DayOfWeek dayOfWeek in Enum.GetValues(typeof(DayOfWeek)))
    {
        var map = new List<DaysOfWeek>(7);

        for (int i = (int)dayOfWeek; i < 7; i++)
        {
            map.Add(daysOfWeek[i]);
        }

        for (int i = 0; i < (int)dayOfWeek; i++)
        {
            map.Add(daysOfWeek[i]);
        }

        maps.Add(dayOfWeek, map);
    }

    return maps;
}

Answer 6

这应该很容易做到。考虑 DayOfWeek.Sunday == 0、Monday == 1 等。

您的掩码与此相对应。也就是说，在您的掩码中：

Sunday = 1 << 0
Monday = 1 << 1
Tuesday = 1 << 2

现在，给定一周中的某一天，我们可以轻松确定符合您条件的日期：

[Flags]
enum DayMask
{
    Sunday = 1,
    Monday = 2,
    Tuesday = 4,
    Wednesday = 8,
    Thursday = 16,
    Friday = 32,
    Saturday = 64
}

static DayOfWeek FindNextDay(DayMask mask, DayOfWeek currentDay)
{
    DayOfWeek bestDay = currentDay;

    int bmask = 1;

    for (int checkDay = 0; checkDay < 7; ++checkDay)
    {
        if (((int)mask & bmask) != 0)
        {
            if (checkDay >= (int)currentDay)
            {
                bestDay = (DayOfWeek)checkDay;
                break;
            }
            else if (bestDay == currentDay)
            {
                bestDay = (DayOfWeek)checkDay;
            }
        }
        bmask <<= 1;
    }
    return bestDay;
}

例如，您要匹配的日期是星期三，但掩码仅包含星期一。您可以看到算法将选择星期一作为最佳日期，然后遍历其余的日子，而不选择任何内容。

如果掩码包含星期一、星期二和星期四，则算法将选择星期一作为最佳候选，忽略星期二，然后选择星期四作为最佳候选并退出。

这不会像查找表那么快，但它应该非常快。而且它比查找表使用更少的内存。

查找表会快得多，而且只需要 1 KB 的内存。考虑到上面的 FindNextDay 方法，构造起来很容易：

    static byte[,] LookupTable = new byte[128, 7];

    static void BuildLookupTable()
    {
        for (int i = 0; i < 128; ++i)
        {
            DayMask mask = (DayMask)i;
            for (int day = 0; day < 7; ++day)
            {
                LookupTable[i, day] = (byte)FindNextDay(mask, (DayOfWeek)day);
            }
        }
    }

现在，要获取掩码和当前日期的任意组合的第二天：

DayOfWeek nextDay = (DayOfWeek)LookupTable[(int)mask, (int)currentDay];

毫无疑问，有一种更快的方法来生成表。但它足够快，而且由于它会在程序启动时执行一次，因此优化它似乎没有太大意义。如果您希望启动速度更快，请编写一个小程序，将表输出为 C# 代码。类似于：

Console.WriteLine("static byte[,] LookupTable = new byte[128,7] {");
for (int i = 0; i < 128; ++i)
{
    Console.Write("    {");
    for (int j = 0; j < 7; ++j)
    {
        if (j > 0)
        {
            Console.Write(",");
        }
        Console.Write(" {0}", LookupTable[i, j]);
    }
    Console.WriteLine(" },");
}
Console.WriteLine("};");

然后您可以将其复制并粘贴到您的程序中。