By SmartPtr(http://www.shnenglu.com/SmartPtr/)
一般情況下,如果要我們寫一個求絕對值的函數(shù),我們的實現(xiàn)很有可能會是這樣:
template<class T>
T abs_Normal(T tNum)
{
if(tNum > 0.0)
return tNum;
else
return -tNum;
}
也就是說我們會用到一個if-else判斷來決定是否反轉(zhuǎn)符號位。在3D游戲軟件,或一些對性能要求比較高的底層系統(tǒng)中,當大規(guī)模的求絕對值時,這個if-else結(jié)構會帶來性能上的損失,那么,如何來消除if-else結(jié)構呢?或許會有人說,我們可以用三元操作符啊:
template<class T>
T abs_Normal(T tNum)
{
return tNum > 0.0 ? tNum : -tNum;
}
但是事實上這是換湯不換藥,因為其實質(zhì)上還是存在if-else的判斷的(這應該可以從反匯編代碼中看出來)。
我們是通過位操作來消除if-else判斷來求絕對值。
因為使用位操作,我們不得不考慮我們操作對象類型的字節(jié)數(shù),下面我將以都是4字節(jié)得float和int為例實現(xiàn)位操作求絕對值。
首先,我們有必要了解一下float與int在計算機中的內(nèi)部表示方法。
1) float: float即單精度浮點數(shù),"浮點數(shù)"由兩部分組成,即尾數(shù)和階碼。在浮點表示方法中,小數(shù)點的位置是浮動的,階碼可取不同的數(shù)值。為了便于計算機中小數(shù)點的表示,規(guī)定將浮點數(shù)寫成規(guī)格化的形式,即尾數(shù)的絕對值大于等于0.1并且小于1,從而唯一規(guī)定了小數(shù)點的位置。尾數(shù)的長度將影響數(shù)的精度,其符號將決定數(shù)的符號。浮點數(shù)的階碼相當于數(shù)學中的指數(shù),其大小將決定數(shù)的表示范圍。一個浮點數(shù)在計算機中的表現(xiàn)形式如下:
尾數(shù)符號 階碼 尾數(shù)有效值
2) int: 用補碼表示,因為正整數(shù)的原碼,反碼,補碼都是一樣的,而負整數(shù)的補碼則是通過原碼->反碼->補碼轉(zhuǎn)換來的,所以,-3與3的內(nèi)部表示位差別不僅僅在符號位
其次,這里先列出兩個在代碼中用到的宏:
#define INV_SIGN_BIT 0x7fffffff //用來反轉(zhuǎn)符號位
#define USE_ASM //是否使用匯編代碼
1 float求絕對值
知道了float的內(nèi)部表示,我們知道要求其絕對值,只要將其尾數(shù)符號位置0即可。這又有下面兩種方法:
1)與:通過和INV_SIGN_BIT相"與"而將符號位置0
inline float Fabs_and(float fNum)
{
#ifdef USE_ASM
float fOut;
__asm
{
MOV EAX, fNum;
AND EAX, INV_SIGN_BIT; //set the sign bit to 0 by AND
MOV fOut, EAX;
}
return fOut;
#else
int* temp = (int*)&fNum;
int out = *temp & INV_SIGN_BIT;
return *((float*)&out);
#endif
}
注:
1)這里將float轉(zhuǎn)化成int的原因是C語言不支持float的移位操作。
2)移位:通過先邏輯左移1位,再邏輯右移一位將符號位置0
inline float Fabs_shift(float fNum)
{
#ifdef USE_ASM
float fOut = 0;
__asm
{
MOV EAX, fNum;
SHL EAX, 1; //set the sign bit to 0 by shift left then right
SHR EAX, 1;
MOV fOut, EAX;
}
return fOut;
#else
unsigned int* temp = (unsigned int*)&fNum;
unsigned int out = *temp;
out = out << 1;
out = out >> 1;
return *((float*)&out);
#endif
}
注:
1)這里使用unsigned int的原因是C語言的移位操作對有符號數(shù)是算術移位,對無符號數(shù)是邏輯移位。而我們需要的是邏輯移位
2 int求絕對值
因為整型的內(nèi)部表示是反碼,我們不能簡單的通過符號位置0求絕對值,下面的算法很好的解決了這個問題:
inline int Abs_bit(int iNum )
{
#ifdef USE_ASM
int iOut = 0;
__asm
{
MOV EAX, iNum;
MOV EDX, EAX;
SAR EDX, 31; //all of edx's bit are eax's sign bit: 000.. or 111
XOR EAX, EDX; //this interesting algorithm help to avoid "if else" structure
SUB EAX, EDX;
MOV iOut, EAX;
}
return iOut;
#else
int out = iNum;
int temp = iNum;
temp = temp >> 31;
out = out ^ temp;
out = out - temp;
return out;
#endif
}
注:
1)對于代碼
temp = temp >> 31;
out = out ^ temp;
out = out - temp;
如果iNum是正數(shù):
temp = temp >> 31; //temp = 0
out = out ^ temp; //與0異或不變
out = out - temp; //減0不變
out的結(jié)果就是iNum,即正數(shù)的絕對值是其本身,沒問題
如果iNum是負數(shù):
temp = temp >> 31; //temp = oxffffffff
out = out ^ temp; //out為iNum求反
out = out - temp; // 此時temp = 0xffffffff = -1, 所以out = out + 1
把一個負數(shù)的補碼連符號位求反后再加1,就是其絕對值了。比如對于-2來說:
原碼 |
反碼 |
補碼 |
補碼全求反 |
再加1
|
備注 |
10000010 |
11111101 |
11111110 |
00000001 |
00000010
|
|
大家可以看到第一個與最后一個數(shù)只有符號位不同,也就實現(xiàn)了求其絕對值。
對于其他類型的數(shù)據(jù)求絕對值,應該 都是大同小異的。這里就不再列舉。
posted on 2007-07-05 17:56
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