如何使用宏获得存储整数值所需的最少字节？

Question

例如，如果整数小于255，则可以在1字节中恢复，

如果大于255，则至少需要2字节。

如何编写这样的BYTES_REQUIRED(i)宏？

Answer 1

如果您使用的是 C99 编译器，请将以下内容强制转换为 (unsigned long long)。
您还可以（并且应该）将构造扩展到 8 或 16 字节（留作练习）

#include <limits.h>

#define BYTES_REQUIRED(i)                            \
           !((unsigned long)(i) >>     CHAR_BIT) ? 1 \
         : !((unsigned long)(i) >> 2 * CHAR_BIT) ? 2 \
         : !((unsigned long)(i) >> 3 * CHAR_BIT) ? 3 \
         :                                         4

Answer 2

这使用了一种有效的分而治之的方法：

#define BYTES_REQUIRED(i) (((i) & 0xFFFF0000) ? (((i) & 0xFF000000) ? 4 : 3) : (((i) & 0xFF00) ? 2 : 1))

如果您不介意消除 3 个字节的奇数情况，该情况没有与之匹配的原始类型，请执行以下操作：

#define BYTES_REQUIRED(i) (((i) & 0xFFFF0000) ? 4 : (((i) & 0xFF00) ? 2 : 1))

请注意，这些都不会处理负数，因为它会看到符号扩展1 位作为已用空间。这需要另一个条件来解释（例如，如果为负，则否定）。

Answer 3

您实际上需要计算 log2(i)。对于编译器和宏支持的最大整数值，没有简单的方法可以快速、可移植地实现这一点。

选项：

1. 在循环中计算对数：

// 64+-bit version:
unsigned long BYTES_REQUIRED(unsigned long long i)
{
  unsigned long bits = 0;
  while (i)
  {
    i >>= 1;
    bits++;
  }
  if (bits == 0) bits = 1;
  return (bits + 7) / 8; // we're assuming that byte=8 bits, but CHAR_BIT may be > 8
}

2. 使用编译器的内部函数（实际上是专用 CPU 指令）（如果可用）。对于 MSVC++：

// 64-bit version, not available for 32-bit code:
unsigned long BYTES_REQUIRED(unsigned long long i)
{
  unsigned long index;
  if (_BitScanReverse64(&index, i) == 0)
  {
    index = 1;
  }
  return (index + 8) / 8;
}

// 32-bit version, available for 32 and 64-bit code:
unsigned long BYTES_REQUIRED(unsigned long i)
{
  unsigned long index;
  if (_BitScanReverse(&index, i) == 0)
  {
    index = 1;
  }
  return (index + 8) / 8;
}

// 64-bit version available for 32 and 64-bit code:
unsigned long BYTES_REQUIRED(unsigned long long i)
{
  unsigned long index;
  if (_BitScanReverse(&index, (unsigned long)(i >> 32)))
  {
    index += 32;
  }
  else if (_BitScanReverse(&index, (unsigned long)i) == 0)
  {
    index = 1;
  }
  return (index + 8) / 8;
}

3.使用 if 或 ?: 了解最大支持的整数类型的大小...其他人已经描述了此方法。

Answer 4

不幸的是，您要求使用 C 宏，因为这个 C++ 模板函数可能会有所帮助（它应该适用于您的编译器支持的任何整数类型）。

template <typename T> int bytesRequired(T value) {
  boost::function_requires< boost::IntegerConcept<T> >();
  for (int i=0; i<=sizeof(T); i++, value/=256)
    if (value == 0) return i;
}

如果您不仅仅需要编译时评估，另一种应该更快的方法（因为它是无分支的）是 Alex 提到的位扫描。