ビット単位の入れ替え方

[きみどり]

指定したビット同士を入れ替えをしてみたいです
＆とか~とか^とか|とか>>を使って簡単に入れ替えできる式はないでしょうか？
コンパイラーはVC++2010EEです

[beatle]

プログラムを考えなくて良いので，言葉でビット入れ替えのやり方を説明してみてください．
例えば，8ビットの数値の上下4ビットを入れ替えるには・・・

• 8ビットの数値の名前を a とする．
  a=(b7, b6, b5, b4, b3, b2, b1, b0)
• a を b にコピーする．
  a=(b7, b6, b5, b4, b3, b2, b1, b0)
  b=(b7, b6, b5, b4, b3, b2, b1, b0)
• b の上位 4 ビットを 0 にする．
  a=(b7, b6, b5, b4, b3, b2, b1, b0)
  b=(0, 0, 0, 0, b3, b2, b1, b0)
• b を左に 4 ビットシフトする．
  a=(b7, b6, b5, b4, b3, b2, b1, b0)
  b=(b3, b2, b1, b0, 0, 0, 0, 0)
• a を右に 4 ビットシフトする．
  a=(0, 0, 0, 0, b7, b6, b5, b4)
  b=(b3, b2, b1, b0, 0, 0, 0, 0)
• a と b のビット和を a に保存する．
  a=(b3, b2, b1, b0, b7, b6, b5, b4)
  b=(b3, b2, b1, b0, 0, 0, 0, 0)

[きみどり]

プログラムを考えなくて良いので，言葉でビット入れ替えのやり方を説明してみてください．

言葉にすると

• ビットの位置を指定し、8ビットの数値の名前を a とする．
• aの一つ目に指定したビットをｂにコピーする.
• aの二つ目に指定したビットをｃにコピーする.
• b を二つ目に指定したビットシフトする．
• ｃ を一つ目に指定したビットシフトする．
• aの指定したビットを０にする.
• a と b とｃのビット和を a に保存する．

[beatle]

きみどりさんが書いたとおりにやってみますね．
一つ目に指定したビットを 0 ビットとします．
二つ目に指定したビットを 1 ビットとします．
0ビット目と1ビット目が入れ替われば成功ですね．

• ビットの位置を指定し、8ビットの数値の名前を a とする．
  a=(0, 0, 0, 0, 0, 0, x, y)
• aの一つ目に指定したビットをｂにコピーする.
  a=(0, 0, 0, 0, 0, 0, x, y)
  b=(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, y)
• aの二つ目に指定したビットをｃにコピーする.
  a=(0, 0, 0, 0, 0, 0, x, y)
  b=(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, y)
  c=(0, 0, 0, 0, 0, 0, x, 0)
• b を二つ目に指定したビットシフトする．
  どちら向きにシフトするか書かれていませんので適当に．（どうせ0ビットなのでシフトしませんが）
  a=(0, 0, 0, 0, 0, 0, x, y)
  b=(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, y)
  c=(0, 0, 0, 0, 0, 0, x, 0)
• ｃ を一つ目に指定したビットシフトする．
  どちら向きにシフトするか書かれていませんので適当に．（右シフトにしました）
  a=(0, 0, 0, 0, 0, 0, x, y)
  b=(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, y)
  c=(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, x)
• aの指定したビットを０にする.
  a=(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0)
  b=(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, y)
  c=(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, x)
• a と b とｃのビット和を a に保存する．
  a=(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, x|y)
  b=(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, y)
  c=(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, x)

うーん，入れ替わりませんでした．

プログラムにだんだんと近づけるために，指定したビットをコピーする，というのはどうやるんだろう，ということを考えてみましょう．
何ビット目をコピーするかは固定ではなく，変数 n （0 ≦ n ≦ 7）で表されるとします．

8ビット整数 a の n ビット目を取り出したい！
例えば (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1) を n ビットだけ左シフトしたらどうなるでしょう．
0 ビットだけ左シフト (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1)
1 ビットだけ左シフト (0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0)
2 ビットだけ左シフト (0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0)

つまり，n ビットだけ左シフトすると n ビット目だけが 1 で，他が 0 となります．
これと変数 a のビット積を計算すると，a の n ビット目だけが取り出せますね！
その数値を目的の変数にコピーすれば完了です．

[きみどり]

いろいろ試していたらできました

コード:

unsigned char bitCange( unsigned char a, unsigned char bit1, unsigned char bit2 ){
	unsigned char keep = a;					// コピーする
	a&=~(1<<bit2);							// bit2のビットを0にする
	a|= ( a&(1<<bit1) )>>(bit1-bit2);		// bit1とaの積を右にシフトしたものをaとの和をaに入れる
	a&=~(1<<bit1);							// bit1のビットを0にする
	a|= ( keep&(1<<bit2) )<<(bit1-bit2);	// bit2とkeepの積を左にシフトしたものをaとの和をaに入れる
	return date;
}

beatleさん参考になりましたありがとうございます

[かずま]

いろいろ試していたらできました

本当ですか？
bitCange(0x08, 1, 3) はいくつになりますか？

return a & ~(1<<b1 | 1<<b2) | (a>>b1 & 1)<<b2 | (a>>b2 & 1)<<b1;

[みけCAT]

変数dateはどこから出てきたのですか？

[きみどり]

本当ですか？bitCange(0x08, 1, 3) はいくつになりますか？

０になってました確かに入れ替えできてません
bit1はbit2より小さくしないといけないみたいですね
bti1-bit2でマイナスになっててシフトできなかったのが原因かも

変数dateはどこから出てきたのですか？

すみません書き間違いました

プログラム書き直しました

コード:

unsigned char bitCange( unsigned char a, unsigned char bit1, unsigned char bit2 ){
	unsigned char keep;
	// bit1がbit2より小さいなら入れ替える
	if( bit1 < bit2 ){
		keep = bit1;
		bit1 = bit2;
		bit2 = keep;
	}
	keep = a;								// コピーする
	a&=~(1<<bit2);							// bit2のビットを0にする
	a|= ( a&(1<<bit1) )>>(bit1-bit2);		// bit1とaの積を右にシフトしたものをaとの和をaに入れる
	a&=~(1<<bit1);							// bit1のビットを0にする
	a|= ( keep&(1<<bit2) )<<(bit1-bit2);	// bit2とkeepの積を左にシフトしたものをaとの和をaに入れる

	return a;
}

かずまさんみけCATさんご指摘ありがとうございます

[かずま]

＆とか~とか^とか|とか>>を使って簡単に入れ替えできる式はないでしょうか？

コード:

unsigned bitSwap(unsigned a, int b1, int b2)
{
    return a & ~(1<<b1 | 1<<b2) | (a>>b1 & 1)<<b2 | (a>>b2 & 1)<<b1;
}

または

コード:

unsigned bitSwap(unsigned a, int b1, int b2)
{
    return (a>>b1 & 1) ? (a>>b2 & 1) ? a : a & ~(1<<b1) | 1<<b2
                       : (a>>b2 & 1) ? a & ~(1<<b2) | 1<<b1 : a;
}

[かずま]

こんなのも考えられます。

コード:

unsigned bitSwap(unsigned a, int b1, int b2)
{
    return -((a>>b1 ^ a>>b2) & 1) & (1<<b2 | 1<<b1) ^ a;
}

[きみどり]

いろいろとやり方があるのですね
式がすごく短くなったことに驚いています。
かずまさんいろいろとありがとうございした

[かずま]

gcc だと次のように書いたほうが、最適化によりオブジェクトコードは短くなります。
ただし、gcc のバージョンによって長さは変わるようですが。

コード:

unsigned bitSwap(unsigned a, int b1, int b2)
{
    unsigned c = (a>>b1 ^ a>>b2) & 1;
    return (c<<b1 | c<<b2) ^ a;
}

VC++ 2008 では、次のように書かないと、c をメモリ上にとって、オブジェクトが
長くなってしまいました。

コード:

unsigned bitSwap(unsigned a, int b1, int b2)
{
    #define c ((a>>b1 ^ a>>b2) & 1)
    return (c<<b1 | c<<b2) ^ a;
}