C 按位-如何实现位掩码操作？ 上下文

我使用了很多位操作，但我甚至不知道它们是如何在尽可能低的级别上实现的

我想看看intel/amd开发人员如何实现这些操作。如果不在我的代码中替换它们，那将是愚蠢的。。但是为了更广泛地了解正在发生的事情

我试图找到一些信息，但大多数时候，人们会询问它的用途，或者用其他按位操作替换它，但这里的情况并非如此

问题 它是否在32位上进行汇编（sse）中的基本迭代并进行比较

有什么窍门可以让它加速吗

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多亏了

大多数都直接在CPU上实现，作为基本的本机指令，而不是SSE的一部分。这些是CPU寄存器上最古老、最基本的操作

至于如何实现

和

，

或

，

异或

等，如果您确实感兴趣，请查阅数字逻辑设计或离散数学。查找触发器、AND门或NAND/NOR/XOR门

此外，还可以查找K映射（卡诺映射），这些是可以用来手动实现逻辑电路的

如果你真的喜欢阅读，你可以报名参加数字逻辑设计课程，如果你有机会进入工程或计算机科学大学。你可以在试验板上用大型集成电路来构建逻辑电路，但现在大多数CPU都是用代码“编写”的，就像软件一样，并“打印”在硅片上

由于功能的完整性，

NAND

和

NOR

尤其令人感兴趣（您可以使用NAND或NOR构建任何真值表）

NAND（逻辑符号看起来像=Do-）

您可以用NAND重写任何逻辑

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正如您也可以看到的，它非常有效，您无法获得比使用二进制的单个门更低的电平（尽管有三元/三态逻辑），因此它是单时钟状态更改。所以对于64位CPU寄存器，每个寄存器需要64个这样的婴儿并排出现。。。每个核心。。。根据指令。这只是“逻辑”寄存器。因为高级处理器（如Intel Core）进行寄存器重命名，所以硅中的物理寄存器比逻辑上可用的名称要多。

处理器是由位操作构成的，因此自然会用指令公开这些操作。像AND、OR、XOR、NOR、NAND和NOT这样的操作可以由ALU执行，每个位只有几个逻辑门。重要的是，结果的每一位仅依赖于输入的两位（与乘法或加法不同），因此整个操作可以并行进行，而不会出现任何复杂情况。

和、或、异或和NOT操作在硅中非常有效地实现，因此在大多数处理器上通常是单周期本机指令。也就是说，对于16位处理器，整个16位寄存器一次进行AND运算；在32位处理器上，一次32位，等等。您可能需要注意的唯一性能问题是对齐：例如，在ARM处理器上，如果32位值从4的倍数的内存地址开始，则读-修改-写可以在两到三个周期内完成。如果它位于奇数地址，它必须在相邻的对齐地址进行两次读取和两次写入，因此速度较慢

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一些旧处理器中的位移位可能涉及单移位循环。也就是说，

1正如您所知，计算机中的数据是以二进制格式表示的

例如，如果有整数13，则表示为
1101b
（其中
b
表示二进制）。这等于
（1）*8+（1）*4+（0）*2+（1）*1=13
，就像
（1）*10+（3）*1=13
——不同的基数一样

然而，对于基本操作，计算机需要知道您处理了多少数据。典型的整数大小是32位。因此，它不仅仅是
1101b
，它是
0000000000000000000000000000 1101b
——32位，其中大部分未使用

按位操作只是--它们只在位级别上操作。添加、乘法和其他操作一次考虑多个位来执行它们的功能，但位运算符不这样做。例如：

12位和7是多少？（在C语言中，
12和7
）

为什么?？垂直思考！看左边的一组数字——1和0是0。那么，0和1是0。那么，1和1是1。最后，0和1是0

这是基于和真值表，该表声明了这些规则——只有true（aka 1）和true（aka 1）会导致false（aka 0）。所有其他结果值均为false（也称为0）

同样地，
或
真值表表明，除false（aka 0）和false（aka 0）外，所有结果均为真（aka 1），这导致false（aka 0）

让我们做同样的例子，但这次让我们计算12位或7位。（或用C语言，
12 | 7
）

最后，让我们考虑另一个主要的位运算符：不是。这是一个一元运算符，您只需翻转每个位。让我们不按位计算7（或者用C语言，
~7
）

但是等等。。那些前导零呢？嗯，是的，在我因为它们不重要而忽略它们之前，但现在它们肯定是：

00000000000000000000000000000111b ~7
---------------------------------  =
11111111111111111111111111111000b  ... big number?

如果您指示计算机将结果视为无符号整数（32位），这是一个非常大的数字。（略低于40亿）。如果您指示计算机将结果视为带符号整数（32位），则为-8

正如您可能已经猜到的，由于所有这些操作的逻辑都非常简单，因此您无法做太多的事情来加快它们的速度。但是，位操作遵循与布尔逻辑相同的逻辑，因此可以使用布尔逻辑缩减技术来减少可能需要的位操作数

e、 g.
（A&B）|（A&C）
的结果与
A&B|C）

然而，这是一个非常复杂的问题
1010b 12 &
0111b  7
-----  =
0010n  2

1010b 12 |
0111b  7
-----  =
1111n 15

0111b ~7
-----  =
1000b  8

00000000000000000000000000000111b ~7
---------------------------------  =
11111111111111111111111111111000b  ... big number?