将n个连续位设置为1的最有效方法？

Question

我想要一个函数，将数字类型的最后一位设置为

n

。例如：1

首先，我有这个实现（

bitmask (5) = 0b11111 = 31
bitmask (0) = 0

只是围绕

mask_t

的

typedef

）：uint64_t

一切都很好，除了当函数命中

mask_t bitmask (unsigned short n) {
  return ((((mask_t) 1) << n) - 1;
}

（

bitmask (64)

的大小）时，然后我得到

mask_t

代替设置为

bitmask (64) = 0

的64位。所以，我有两个问题：

为什么我会有这种行为？将
1. 1

   向左推 64 个班次应清除寄存器并保留

   1

   ，然后应用

   0

   应使用

   -1

   填充寄存器...

实现此功能的正确方法是什么？

Answer 1

当然，您可以只采用“左移”或“右移”掩码生成，然后对“缺失”进行特殊处理

1

，

n

或者

uint64_t bitmask (unsigned short n) {
  if (n == 64) return -((uint64_t)1);
  return (((uint64_t) 1) << n) - 1;
}

无论哪种方式都倾向于编译为分支，尽管从技术上讲它并没有

有

。 无需

uint64_t bitmask (unsigned short n) {
  if (n == 0) return 0;
  uint64_t full = ~(uint64_t)0;
  return full >> (64 - n);
}

也可以做到（未测试）

if

这里的想法是，我们要么将 1 左移一定量（与原始代码中相同），要么在 

uint64_t bitmask (unsigned int n) {
  uint64_t x = (n ^ 64) >> 6;
  return (x << (n & 63)) - 1;
}

的情况下左移 0。将 0 左移 0 将再次变为 0，减去 1 即可设置所有 64 位。

或者，如果您使用的是现代 x64 平台并且 BZHI 可用，那么速度非常快（BZHI 在实现它的所有 CPU 上都很快）但可移植性有限的选项是：

---

n = 64

对于

uint64_t bitmask (unsigned int n) {
  return _bzhi_u64(~(uint64_t)0, n);
}

来说，这甚至是明确定义的，1的实际计数将是

n > 64

，因为BZHI饱和，但它只读取索引的最低字节。

Answer 2

未定义的行为

。 来自

C 标准

第 6.5.7 节：

2

对每个操作数执行整数提升。这 结果的类型是提升后的左操作数的类型。 如果值 右操作数为负数或大于或等于 提升的左操作数的宽度，行为未定义。

您需要在代码中添加对此的检查：

min(n & 0xFF, 64)

Answer 3

mask_t bitmask (unsigned short n) {
    if (n >= 64) {
        return ~(mask_t)0;
    } else {
        return (((mask_t) 1) << n) - 1;
    }
}

但是，harold 的答案是如此完整且解释得很好，所以我会选择它作为答案。