计算一个二进制数中一的个数
问题描述:
任意给定一个32位无符号整数n,求n的二进制表示中1的个数,比如n = 5(0101)时,返回2,n = 15(1111)时,返回4
这也是一道比较经典的题目了,相信不少人面试的时候可能遇到过这道题吧,下面介绍了几种方法来实现这道题
1.移位+统计
这种方法的运算次数与输入n最高位1的位置有关,最多循环32次。
int BitCount(unsigned int n) { unsigned int c =0 ; // 计数器 while (n >0) { if((n &1) ==1) // 当前位是1 ++c ; // 计数器加1 n >>=1 ; // 移位 } return c ; }
2.快速法
int BitCount2(unsigned int n) { unsigned int c =0 ; for (c =0; n; ++c) { n &= (n -1) ; // 清除最低位的1 } return c ; }
为什么n &= (n – 1)能清除最右边的1呢?因为从二进制的角度讲,n相当于在n - 1的最低位加上1。举个例子,8(1000)= 7(0111)+ 1(0001),所以8 & 7 = (1000)&(0111)= 0(0000),清除了8最右边的1(其实就是最高位的1,因为8的二进制中只有一个1)。再比如7(0111)= 6(0110)+ 1(0001),所以7 & 6 = (0111)&(0110)= 6(0110),清除了7的二进制表示中最右边的1(也就是最低位的1)。
3.动态建表
由于表示在程序运行时动态创建的,所以速度上肯定会慢一些,把这个版本放在这里,有两个原因
(1). 介绍填表的方法,因为这个方法的确很巧妙。
(2). 类型转换,这里不能使用传统的强制转换,而是先取地址再转换成对应的指针类型。也是常用的类型转换方法。
int BitCount3(unsigned int n) { // 建表 unsigned char BitsSetTable256[256] = {0} ; // 初始化表 for (int i =0; i <256; i++) { BitsSetTable256[i] = (i &1) + BitsSetTable256[i /2]; } unsigned int c =0 ; // 查表 unsigned char* p = (unsigned char*) &n ; c = BitsSetTable256[p[0]] + BitsSetTable256[p[1]] + BitsSetTable256[p[2]] + BitsSetTable256[p[3]]; return c ; }
先说一下填表的原理,根据奇偶性来分析,对于任意一个正整数n
1.如果它是偶数,那么n的二进制中1的个数与n/2中1的个数是相同的,比如4和2的二进制中都有一个1,6和3的二进制中都有两个1。为啥?因为n是由n/2左移一位而来,而移位并不会增加1的个数。
2.如果n是奇数,那么n的二进制中1的个数是n/2中1的个数+1,比如7的二进制中有三个1,7/2 = 3的二进制中有两个1。为啥?因为当n是奇数时,n相当于n/2左移一位再加1。
再说一下查表的原理
对于任意一个32位无符号整数,将其分割为4部分,每部分8bit,对于这四个部分分别求出1的个数,再累加起来即可。而8bit对应2^8 = 256种01组合方式,这也是为什么表的大小为256的原因。
注意类型转换的时候,先取到n的地址,然后转换为unsigned char*,这样一个unsigned int(4 bytes)对应四个unsigned char(1 bytes),分别取出来计算即可。举个例子吧,以87654321(十六进制)为例,先写成二进制形式-8bit一组,共四组,以不同颜色区分,这四组中1的个数分别为4,4,3,2,所以一共是13个1,如下面所示。
10000111 01100101 01000011 00100001 = 4 + 4 + 3 + 2 = 13